本發(fā)明屬于光學元件的結構設計和材料選用領域，特別涉及到一種帶參考光窗口的對稱分束偏光棱鏡。

背景技術：

隨著偏振光學的發(fā)展，尤其是偏振檢測技術的迅速發(fā)展，偏振棱鏡一直是人們關注的對象，它是光路起偏、檢偏的核心器件。目前一般采用冰洲石晶體制作棱鏡，但是天然的光學級冰洲石晶體資源日漸枯竭，尋找代替晶體或者改進設計降低單只棱鏡中冰洲石晶體材料的消耗就成為研究熱點，此外，在一些具有轉向、分束、參考光輸出等特定需求的光路中，存在分立器件多，光強損失大，光路調(diào)節(jié)復雜的問題，若能在一定程度上集成分立的光學器件的功能，可極大的提高光路調(diào)節(jié)的便易度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過新的棱鏡設計，采用冰洲石晶體和玻璃組合的方法，降低冰洲石晶體材料的消耗，設計冰洲石與玻璃組合的具有90°轉向、對稱分束和參考光輸出三重復合功能的偏光棱鏡。

本發(fā)明采用的技術方案為一塊等腰三棱鏡和一塊直角三棱鏡通過樹脂膠、光膠或者空氣隙膠合在一起，形成直角棱臺結構，如圖1所示；所述的兩棱鏡的材質(zhì)分別為h-bak7玻璃和冰洲石晶體；所述的h-bak7玻璃為光學玻璃，h-bak7為光學領域?qū)υ摬ＡУ墓J編號，h-bak7作為一種光學玻璃，具備尺寸大、價格低的特點，其光學透過范圍為330nm~2400nm，基本覆蓋冰洲石晶體棱鏡的透過范圍，本發(fā)明采用h-bak7玻璃的關鍵技術是h-bak7玻璃的折射率色散曲線近乎完美的位于冰洲石兩主折射率色散曲線的中間，如圖2所示；在與冰洲石晶體棱鏡組合時，通過結構設計，可以使非常光和尋常光通過棱鏡時發(fā)生偏折，兩光線偏折的角度近似相等；所述的冰洲石晶體為天然光學級冰洲石晶體；如圖3所示，等腰三棱鏡的三個面均為通光面，直角三棱鏡的通光面為一直角面和斜面，兩棱鏡通光面通過樹脂膠、光膠或空氣隙膠合在一起，形成直角棱臺結構，等腰棱鏡頂角s1為45°且材質(zhì)為h-bak7玻璃，直角棱鏡的銳角s2為22.5°且材質(zhì)為冰洲石，兩棱鏡的膠合面為等腰棱鏡的底面和直角棱鏡的斜面。

入射光束從組合棱鏡左側端面垂直入射，在等腰玻璃棱鏡右側端面上全反射，在膠合面上斜入射：反射光束在等腰玻璃棱鏡左側端面上全反射后垂直右側端面出射，形成入射光束的參考光；在膠合界面上折射進入冰洲石直角棱鏡的光束發(fā)生雙折射，之后在直角棱鏡下方直角面上分別折射進入空氣，形成對稱分束的兩束偏振光。

根據(jù)折射定律，組合棱鏡的分束角δ和對稱分束偏差δ可由下式求出：

（1）

（2）

（3）

（4）。

圖4為本發(fā)明帶參考光窗口的轉向?qū)ΨQ分束偏光棱鏡分束角偏差隨波長變化的曲線，可以看到，在0.3~2.4微米的寬波段內(nèi)，對稱分束偏差均小于0.2°。

本發(fā)明的有益效果是：降低了偏光棱鏡中冰洲石晶體的使用量，降低了偏光棱鏡制作成本，將光束的90°轉向和對稱分束功能集于一身，同時提供了可對光源進行監(jiān)測的參考光輸出窗口，提高了集成度，可減少光強損失，提高光路調(diào)節(jié)的便易度。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明帶參考光窗口的轉向?qū)ΨQ分束偏光棱鏡的結構圖，其中雙向箭頭表示冰洲石晶體光軸的方向；

圖2為本發(fā)明采用的h-bak7玻璃的折射率色散曲線與冰洲石非常光、尋常光主折射率色散曲線圖，其中ng為h-bak7玻璃的折射率，no為冰洲石尋常光的主折射率，ne為冰洲石非常光的主折射率；

圖3為本發(fā)明帶參考光窗口的轉向?qū)ΨQ分束偏光棱鏡的結構及光路圖，其中圓點表示方向垂直于紙面；

圖4為本發(fā)明帶參考光窗口的轉向?qū)ΨQ分束偏光棱鏡的對稱分束偏差隨波長的變化曲線。

具體實施方式：

實施例一：如圖3所示，兩棱鏡的結構分別為等腰三棱鏡和直角三棱鏡，材質(zhì)分別為h-bak7玻璃和冰洲石晶體，冰洲石直角棱鏡的光軸方向平行于通光斜面和兩直角面，兩棱鏡之間通過空氣隙形式膠合，組合棱鏡中結構角分別為：s1=45.00°，s2=22.50°，s3=67.50°，取入射光波長為632.8nm，此時，h-bak7玻璃的折射率為1.5667，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48494，尋常光主折射率為1.65576，入射光從組合棱鏡左側端面垂直入射，在等腰玻璃棱鏡右側端面上全反射，在玻璃與空氣隙界面上：反射光束在等腰玻璃棱鏡左側端面上全反射后垂直右側端面出射，形成入射光束的參考光；折射光束穿過空氣隙后進入冰洲石直角棱鏡，發(fā)生雙折射，之后在直角棱鏡下方直角面上分別再次折射進入空氣，形成對稱分束的兩束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本發(fā)明設計的帶參考光窗口的轉向?qū)ΨQ分束偏光棱鏡的分束角為4.05°，對稱分束偏差為0.15°。

實施例二：如圖3所示，兩棱鏡的結構分別為等腰三棱鏡和直角三棱鏡，材質(zhì)分別為h-bak7玻璃和冰洲石晶體，冰洲石直角棱鏡的光軸方向平行于通光斜面和兩直角面，兩棱鏡之間通過光膠形式膠合，組合棱鏡中結構角分別為：s1=45.00°，s2=22.50°，s3=67.50°，取入射光波長為325nm，此時，h-bak7玻璃的折射率為1.60571，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.5084，尋常光主折射率為1.70687，入射光從組合棱鏡左側端面垂直入射，在等腰玻璃棱鏡右側端面上全反射，在玻璃與冰洲石界面上：反射光束在等腰玻璃棱鏡左側端面上全反射后垂直右側端面出射，形成入射光束的參考光；折射光束進入冰洲石直角棱鏡，發(fā)生雙折射，之后在直角棱鏡下方直角面上分別再次折射進入空氣，形成對稱分束的兩束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本發(fā)明設計的帶參考光窗口的轉向?qū)ΨQ分束偏光棱鏡的分束角為4.71°，對稱分束偏差為0.07°。

實施例三：如圖3所示，兩棱鏡的結構分別為等腰三棱鏡和直角三棱鏡，材質(zhì)分別為h-bak7玻璃和冰洲石晶體，冰洲石直角棱鏡的光軸方向平行于通光斜面和兩直角面，兩棱鏡之間通過樹脂膠的形式膠合，組合棱鏡中結構角分別為：s1=45.00°，s2=22.50°，s3=67.50°，取入射光波長為1550nm，此時，h-bak7玻璃的折射率為1.5513，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.47768，尋常光主折射率為1.63357，入射光從組合棱鏡左側端面垂直入射，在等腰玻璃棱鏡右側端面上全反射，在玻璃與樹脂膠界面上：反射光束在等腰玻璃棱鏡左側端面上全反射后垂直右側端面出射，形成入射光束的參考光；折射光束進入樹脂膠，穿過樹脂膠后折射進入冰洲石直角棱鏡，發(fā)生雙折射，之后在直角棱鏡下方直角面上分別再次折射進入空氣，形成對稱分束的兩束偏振光，由式（1）~（4）可以求出本發(fā)明設計的帶參考光窗口的轉向?qū)ΨQ分束偏光棱鏡的分束角為3.7°，對稱分束偏差為0.19°。