本发明涉及光学与激光领域，尤其是一种偏振 分光器件。

背景技术

在光学应用中， 现时使用比较多的偏振分光棱镜主要有两类. 一 类是利用镀膜工艺实现偏振分离，即 PBS棱镜.另一类是利用双折射 晶体的分光特性设计的各种偏振分光棱镜。

PBS 棱镜是在光学玻璃棱镜上镀制多层介质偏振分 光膜，再将两 块棱镜的分光面胶合起来，构成偏振分光棱镜 . 这种制备方法工艺较 复杂，受到胶品质和胶合工艺的影响，品质难 以保证， 而且胶容易受 温度影响及无法在高功率的应用场合下工作. 并且，这种 PBS棱镜的 消光比一般只有 30dB左右.

双折射晶体偏振分光棱镜中最常用的是格兰棱 镜， 其结构为： 晶 体棱镜 +胶层 (或空气隙) +晶体棱镜.这种晶体偏振分光棱镜的消光比 达到 50dB 以上.但采用胶层胶合结构，存在视场较小，� �且无法应用 于高功率场合.空气隙的格兰棱镜可以克服这� �缺点，但其制作工艺 复杂，并且光束会在空气隙之间多次反射，产 生干涉. 对于以上的格 兰棱镜， 重要的一点是都要用到高质量的大块双折射晶 体，其成本十 分高昂.

为了节省昂贵的晶体材料，专利 US 3,565,508提供了一种包含两 个光学玻璃棱镜和一个平行双折射晶体薄片的 分光棱镜结构， 其中 晶体薄片两通光面高精度抛光，并分别与两个 棱镜实现光学 (无胶)胶 合。 但该设计存在一些重要的缺陷： 1.透射光束产生侧向位移，偏离 分光棱镜的中心轴； 2.晶体薄片加工和光胶时容易产生变形，从而� �� 响透射光的光束质量和偏振态； 3.器件整体透过率不高； 4.因棱镜玻 璃折射率与晶体薄片折射率相近，所以器件长 度需要很长。

发明内容

鉴于上述缺陷， 本发明第一个目的是提供一种偏振分光器件， 以 抵消双折射平片引起的光线侧向位移，使出射 光与入射光的位置和方 向都保持精确一致。

为达到上述目的， 本发明提供了一种偏振分光器件， 包括第一光 学棱镜和第二光学棱镜，及夹设在光学棱镜之 间的双折射平片， 所述 第一光学棱镜的光入射面平行于所述第二棱镜 的光出射面，该第一光 学棱镜和该第二光学棱镜的折射率相同且大于 双折射平片折射率，其 特征在于：第一光学棱镜的光入射面相对于光 束入射方向的垂直平面 成 2°〜10°夹角。 本发明还公开一种光学棱镜采用最普通低廉的 光学玻璃材料的偏 振分光器件， 包括第一光学棱镜和第二光学棱镜， 及夹设在所述两光 学棱镜之间的双折射平片，所述第一光学棱镜 的光入射面平行于所述 第二棱镜的光出射面， 其特征在于： 第一光学棱镜的光入射面相对于 光束入射方向的垂直平面成 2°〜10°夹角， 所述双折射平片两侧均有 镀膜材料， 该膜层折射率大于所述双折射平片折射率， 且膜层折射率 由外至内逐渐增大， 且膜层厚度大于倏逝波透射深度， 以防止全反射 光透过膜层。

本发明提供的设计可抵消双折射平片引起的光 线侧向位移， 使出 射光与入射光的位置和方向都保持精确一致， 且降低了昂贵晶体材料 的用量， 成本低， 性能高并且制造简单。

附图说明

图 1是本发明的偏振分光器件较佳实施例一的结� �示意图； 图 2是本发明的偏振分光器件较佳实施例二的结� �示意图； 图 3是本发明的偏振分光器件较佳实施例三的结� �示意图； 图 4是本发明的偏振分光器件较佳实施例四的结� �示意图； 图 5是本发明的偏振分光器件较佳实施例五的结� �示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、 技术方案及优点更加清楚明白， 以下将通过 具体实施例和相关附图， 对本发明作进一步详细说明。

请参考图 1。 图 1所示的是为本发明的偏振分光器件较佳实施� � 一的结构示意图。一种偏振分光器件， 包括第一光学棱镜和第二光学 棱镜，及夹设在光学棱镜之间的双折射平片， 所述第一光学棱镜的光 入射面平行于所述第二棱镜的光出射面，该第 一光学棱镜和该第二光 学棱镜的折射率相同且大于双折射平片折射率 ， 其特征在于： 第一光 学棱镜的光入射面相对于光束入射方向的垂直 平面成 2°〜10°夹角。 在该实施例中， 将一片两光学面相互平行的双折射平片 3， 夹设在第 一光学棱镜 2和第二光学棱镜 4之间，双折射平片 3的光轴垂直于纸 面（即主截面平行于切割面）， 光学棱镜 2和光学棱镜 4 的折射率为 n， 大于双折射平片 3的折射率， 该折射率差值最佳在 0.2或以上。 光学棱镜 2的光入射面 21设计成一个倾斜 2°〜10°的小角度，最佳在 5°〜10°之间。 第一光学棱镜 2与双折射平片 3的接触面 22、 第二光 学棱镜 4与双折射平片 4的接触面 42、 双折射平片 3的两个光学面 镀上减反射膜层 5和 6。 镀上膜的光学棱镜 2和 4与双折射平片 3通 过光学胶合或者深化光胶或者胶合剂胶合等方 式结合，构成一个偏振 分光棱镜. 其中，所述双折射平片的光轴垂直于纸面， 即光的主平面 和双折射平片的主截面重合；也可以是双折射 平片的光轴不垂直于纸 面， 即光的主平面和双折射平片的主截面不重合。

上述第一光学棱镜 2、双折射平片 3、第二光学棱镜 4设置为使得 入射到双折射平片 3的光中， 第一偏振态光束 201A在所述双折射平 片 3处发生全反射， 而与所述第一偏振态光束 201A正交的第二偏振 态光束 202A在所述双折射平片 3处透射。 在该实施例中， 即第一光 学棱镜 2和第二光学棱镜 4的折射率远大于双折射平片 3的折射率 (n。 和 n _e )，双折射平片 3的两主折射率 n。 和 n _e 所对应的全反射临界角 分别为： arcsin(n。/n)和 arcsin iVn), 光学棱镜的结构角，即光束 200B 的起偏角选择在 arcsin(n。/n)和 arcsin(n _e /n) 之间， 就可以让光束 200B 中的第一偏振态光束 201A在接触面 22上发生全反射， 而第二偏振 态光束 202A则从界面 22透射过去，从而实现了偏振分光。

上述第一光学棱镜 2和第二光学棱镜 4可以是由高折射率光学材 料，比如 SF57玻璃制成。双折射平片 3采用在工作波段范围内主折射 率 n。与 n _e 差别较大的材料，包括双折射晶体或具有 双折射性质的聚 合物材料，比如双折射晶体 a-BBO或 Calcite,以获得较大的视场角（接 收角）。

为了保证双折射平片 3 加工的精度和光学胶合时不发生变形， 不能采用薄片形状，而必须是相对大通光面有 足够厚度的平片或平 板，同时，第一光学棱镜 2的光入射面 21或第二光学棱镜 4的光出射 面 41设计成相互平行，并且相对于光束 200A入射方向的垂直平面成 一小角度倾斜角. 这样就可以抵消平片 3所产生的光束侧向位移，光 束 200B与光束 202B相互平行，且存在侧向位移 ， 通过调节这个倾 斜角以及第一光学棱镜 2和第二光学棱镜 4的厚度， 使出射光 202C 与入射光 200A的位置和方向都保持精确一致。

光学棱镜 2和光学棱镜 4的折射率越大于双折射平片 3的折射率， 则第一偏振态光束 201A所对应的全反射临界角越小，从而整个器� � 的长度可以做的越短. 同时， 第一光学棱镜 2和第二光学棱镜 4与双 折射平片 3的两接触面 22、 42，及第一光学棱镜 2的光入射面 21、 第二光学棱镜 4的光出射面 41均可以镀上减反射膜， 以减少光的反 射损失。

请参考图 2， 图 2是本发明的偏振分光器件较佳实施例二的结� � 示意图。在该实施例中， 将第一光学棱镜 2设计成特定角度的四角棱 镜， 并在端面 23上镀反射膜， 使得在双折射平片 3处全反射的第一 偏振态光束 201A在第一光学棱镜 2上再次反射后沿与第二偏振态光 束 202A的出射光 202C垂直方向射出， 这样即可获得两束方向相互 垂直的偏振光， 即第一偏振态光束 201A出射方向 201B与第二偏振 态 202A光束出射方向 202C垂直。

请参考图 3， 图 3是本发明的偏振分光器件较佳实施例三的结� � 示意图。 在该实施例中， 偏振分光器件将第一光学棱镜 2 光出射面 23与双折射平片 3所在平面平行， 第一光学棱镜 2的端面 21和 24 相互平行， 即第一光学棱镜 2设计成平行四边行棱镜，使得第一偏振 态光束 201A在第一光学棱镜 2内先后经过两次反射后出射， 其出射 方向 201B平行于第二偏振态光束 202A的出射光 202C, 这样可以获 得两束方向相互平行的偏振光。

请参考图 4， 图 4是本发明的偏振分光器件较佳实施例四的结� � 示意图。 该实施例是对实施例一的改进。在该实施例中 ， 第一光学棱 镜 2和第二光学棱镜 4的材料不是光学玻璃， 而是换成另一种双折射 晶体棱镜， 该晶体的主折射率 和 n _el 差别较大，最佳是 0.2或以 上，而且均比双折射平片 3的主折射率 n。 和 n _e 大，将第一光学棱镜 2的光轴 20和第二光学棱镜 4的光轴 40设计成与双折射平片 3的光 轴 30相互平行或垂直， 且第一光学棱镜 2的光轴 20和第二光学棱镜 4的光轴 40方向一致， 对于第一偏振态光束 201A,在双折射晶体光 学棱镜和双折射平片 3里所对应的折射率差别更大，而对于第二偏� � 态光束 202A,在双折射晶体光学棱镜和双折射平片 3里所对应的折射 率差别更小， 使得第一偏振态光束 201A所对应的全反射临界角与第 二偏振态光束 202A所对应的全反射临界角差别更大， 从而大大提高 偏振分光器件的视场角（接收角）。

请参考图 5， 图 5是本发明的另一种偏振分光器件较佳实施例� � 结构示意图。 在该实施例中， 该偏振分光器件， 包括第一光学棱镜 2 和第二光学棱镜 4， 及夹设在所述两光学棱镜之间的双折射平片 3， 所述第一光学棱镜 2的光入射面 21平行于所述第二棱镜 4的光出射 面 41， 所述第一光学棱镜 2的光入射面 21与光束 200A入射方向垂 直的平面成 2°〜10°夹角， 所述双折射平片 3两侧均镀有复数层高折 射率的镀膜材料， 最佳的是膜层折射率比双折射平片折射率大 0.2或 以上。两侧膜层折射率均由外至内逐渐增大， 并且两侧膜层厚度均大 于倏逝波透射深度， 以防止全反射光部分透过膜层。 在该实施例中， 第一光学棱镜 2和第二光学棱镜 4采用最普通的光学玻璃，两光学棱 镜折射率相同，中间双折射平片 3两侧镀有的膜层 5和膜层 6采用高 折射率的镀膜材料，且两侧膜层厚度均大于倏 逝波透射深度， 以防止 全反射光透过膜层。

综上所述， 本发明提供的设计， 由于第一光学棱镜 2的光入射面 21与光束 200A入射方向的垂直平面成一小角度，抵消了� �折射平片 3引起的光线侧向位移，使出射光 202C与入射光 200A的位置和方向 都保持精确一致； 提高双折射平片 3的厚度，使得加工和光胶时不产 生变形，从而保证透射光的光束质量和偏振态 不受影响； 两光学棱镜 2、4选用更高折射率的材料， 从而整个器件的长度可以做的更短； 所 有通光面都镀上减反射膜层，提高了光的透过 率； 而且由于两光学棱 镜 2、 4和双折射平片 3之间采用光学无胶胶合方式，达到了高功率� � 要求；采用双折射平片实现偏振分光，具有极 高的消光比，同时又降低 了昂贵晶体材料的用量， 成本低并且制造简单。

上列较佳实施例， 对本发明的目的、 技术方案和优点进行了进一 步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本 发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明， 凡在本发明的精神和原则之内， 所作的任何修 改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的保护范围之内。