本發(fā)明屬于光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選用領(lǐng)域，特別涉及一種冰洲石與玻璃組合的偏光棱鏡。

背景技術(shù)：

隨著偏振光學(xué)的發(fā)展，尤其是偏振檢測技術(shù)的迅速發(fā)展，偏振棱鏡一直是人們關(guān)注的對象，它是光路起偏、檢偏的核心器件。目前一般采用天然光學(xué)級冰洲石晶體制作偏振棱鏡，但是天然的光學(xué)級冰洲石晶體資源日漸枯竭，價格昂貴，尋找替代冰洲石晶體或改進設(shè)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。。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過新的棱鏡設(shè)計，采用冰洲石和玻璃組合的方法，設(shè)計一種組合的偏光棱鏡，降低50%的冰洲石晶體材料消耗，同時正向使用時可以實現(xiàn)起偏棱鏡的功能，此時組合棱鏡是起偏器，反向使用時可以實現(xiàn)偏光分束棱鏡的功能，此時組合棱鏡是偏振分束器。

h-qk3l玻璃是一種常見的光學(xué)窗口材料，作為一種光學(xué)玻璃，具有尺寸大、價格低的特點，其光學(xué)透過范圍為290nm~2400nm，可以覆蓋冰洲石在近紫外及可見光波段的透過范圍，本發(fā)明選用h-qk3l玻璃的關(guān)鍵技術(shù)是其折射率色散曲線與冰洲石晶體非常光的主折射率色散曲線在近紫外及可見光波段近乎完美的重合，如圖1所示；在與冰洲石晶體組合時，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以使非常光近乎無折變的從冰洲石晶體進入玻璃或從玻璃進入冰洲石晶體；另一個關(guān)鍵技術(shù)是通過使用h-qk3l玻璃和對結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可以使組合棱鏡具備雙向使用的功能。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為兩塊直角棱鏡通過樹脂膠、光膠或空氣隙膠合在一起，形成長方體結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示；所述的兩直角棱鏡材質(zhì)分別為冰洲石晶體和h-qk3l玻璃；所述的冰洲石晶體為天然的光學(xué)級冰洲石晶體；所述的h-qk3l玻璃為光學(xué)玻璃，h-qk3l為光學(xué)領(lǐng)域?qū)υ摬ＡУ墓J(rèn)編號；所述的兩直角棱鏡的通光面均為一個直角面和一個斜面；所述的兩直角棱鏡通光面之間的結(jié)構(gòu)角相同；所述的冰洲石直角棱鏡中光軸的方向平行于通光直角面，垂直于非通光直角面，如圖2所示，或冰洲石直角棱鏡中光軸方向平行于通光斜面和兩直角面，如圖3所示。所述的組合棱鏡具備雙向使用的功能，正向使用時可以實現(xiàn)偏光棱鏡的功能，如圖4和圖5所示，反向使用時可以實現(xiàn)偏光分束棱鏡的功能，如圖6和圖7所示。

現(xiàn)有的偏光棱鏡和偏光分束棱鏡均由兩塊直角冰洲石晶體棱鏡組成，并且偏光棱鏡只能實現(xiàn)光束起偏和檢偏的功能，偏光分束棱鏡只能實現(xiàn)光束偏振分束的功能；本發(fā)明設(shè)計的冰洲石與玻璃組合的偏光棱鏡比同規(guī)格的偏光棱鏡減少50%的冰洲石晶體材料消耗，并且h-qk3l玻璃價格遠(yuǎn)比冰洲石晶體低廉，可以降低制造成本。

本發(fā)明設(shè)計的冰洲石與玻璃組合的偏光棱鏡，采用的h-qk3l玻璃的透光范圍完全可以覆蓋近紫外和可見光的波段范圍，完全符合棱鏡的設(shè)計的要求。

冰洲石晶體光軸面的拋光較其他面的拋光困難，冰洲石晶體光軸面在拋光時很容易出現(xiàn)解理，裂出小的四面體，即業(yè)內(nèi)俗稱的“掉肉”現(xiàn)象，導(dǎo)致拋光表面出現(xiàn)麻點和劃痕，影響表面拋光質(zhì)量；常規(guī)的冰洲石偏振分束棱鏡由兩塊直角冰洲石晶體棱鏡膠合而成，如圖8所示的冰洲石棱鏡側(cè)面圖中，其中一塊冰洲石直角棱鏡的直角通光面即為光軸端面，導(dǎo)致其拋光難度較高；本發(fā)明設(shè)計的冰洲石與玻璃組合的偏光棱鏡，通光面均不是光軸端面，不存在對冰洲石晶體光軸面的拋光難題，因此本發(fā)明設(shè)計的組合棱鏡可以降低常規(guī)偏振分束棱鏡拋光工藝的難度。

常規(guī)的冰洲石晶體棱鏡只能實現(xiàn)某一單項功能，偏光棱鏡只能實現(xiàn)起偏或者分束的功能，而本發(fā)明設(shè)計的組合棱鏡正向使用時能實現(xiàn)起偏的功能，反向使用時能實現(xiàn)偏光分束的功能，具備雙重功能，這是現(xiàn)有冰洲石晶體棱鏡所不能實現(xiàn)的。

本發(fā)明的有益效果是：棱鏡制作成本低，拋光工藝難度低，能夠雙向使用，并且不同使用方向能夠?qū)崿F(xiàn)不同的偏振功能。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明采用的h-qk3l玻璃的折射率色散曲線與冰洲石晶體非常光主折射率色散曲線圖，其中ng為h-qk3l玻璃的折射率，ne為冰洲石晶體非常光的主折射率；

圖2為本發(fā)明的冰洲石與玻璃組合的偏光棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖，其中雙向箭頭代表冰洲石晶體光軸的方向；

圖3為本發(fā)明的冰洲石與玻璃組合的偏光棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖，其中圓點表示方向垂直于紙面；

圖4為本發(fā)明的冰洲石與玻璃組合偏光棱鏡正向使用的光路示意圖，其中雙向箭頭代表冰洲石晶體光軸的方向；

圖5為本發(fā)明的冰洲石與玻璃組合偏光棱鏡正向使用的光路示意圖，其中圓點表示方向垂直于紙面；

圖6為本發(fā)明的冰洲石與玻璃組合偏光棱鏡反向使用的光路示意圖，其中雙向箭頭代表冰洲石晶體光軸的方向；

圖7為本發(fā)明的冰洲石與玻璃組合偏光棱鏡反向使用的光路示意圖，其中圓點表示方向垂直于紙面；

圖8為現(xiàn)有的冰洲石薩那芒特棱鏡的結(jié)構(gòu)及光路示意圖，其中雙向箭頭代表冰洲石晶體光軸的方向。

具體實施方式：

實施例一：如圖4所示，組成偏光棱鏡的兩直角棱鏡結(jié)構(gòu)相同，材質(zhì)分別為冰洲石晶體和h-qk3l玻璃，冰洲石晶體光軸方向平行于通光直角面，垂直于非通光直角面，通光斜面與通光直角面之間的結(jié)構(gòu)角為38.00?，棱鏡間為空氣隙膠合，取入射光波長為365.0nm，此時，h-qk3l光學(xué)玻璃的折射率為1.5040，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.5019，尋常光的主折射率為1.6910，在冰洲石與空氣隙的傾斜界面上，入射角為38.00?，根據(jù)折射定律，尋常光全反射，只有非常光透射，經(jīng)過空氣隙后到達(dá)空氣隙與玻璃的界面，再由折射定律，非常光將折射至接近水平方向，與水平方向夾角僅為0.06°，最后近乎水平的出射棱鏡右端面，此時棱鏡具有起偏器的功能；反向使用時，如圖6所示，在玻璃與空氣隙的傾斜界面上，光線入射角為38.00?，根據(jù)折射定律，光線折射后經(jīng)過空氣隙到達(dá)空氣隙與冰洲石的傾斜界面，再由折射定律，光線雙折射進入冰洲石晶體，其中非常光方向接近水平方向，與水平方向夾角僅為0.06°，最后兩折射光從左側(cè)端面折射入空氣，根據(jù)折射定律可得，此時棱鏡的分束角為8.13?，此時棱鏡具有偏振分束器的功能。

實施例二：如圖5所示，組成偏光棱鏡的兩直角棱鏡結(jié)構(gòu)相同，材質(zhì)分別為冰洲石晶體和h-qk3l玻璃，冰洲石晶體光軸方向平行于通光斜面和兩直角面，通光斜面與通光直角面之間的結(jié)構(gòu)角為38.50?，棱鏡間為空氣隙膠合，取入射光波長為589.3nm，此時，h-qk3l光學(xué)玻璃的折射率為1.4874，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.4864，尋常光的主折射率為1.6584，在冰洲石與空氣隙的傾斜界面上，入射角為38.50?，根據(jù)折射定律，尋常光全反射，只有非常光透射，經(jīng)過空氣隙后到達(dá)空氣隙與玻璃的界面，再由折射定律，非常光將折射至接近水平方向，與水平方向夾角僅為0.03°，最后近乎水平的出射棱鏡右端面，此時棱鏡具有起偏器的功能；反向使用時，如圖7所示，在玻璃與空氣隙的傾斜界面上，光線入射角為38.50?，根據(jù)折射定律，光線折射后經(jīng)過空氣隙到達(dá)空氣隙與冰洲石的傾斜界面，再由折射定律，光線雙折射進入冰洲石晶體，其中非常光方向接近水平方向，與水平方向夾角僅為0.03°，最后兩折射光從左側(cè)端面折射入空氣，根據(jù)折射定律可得，此時棱鏡的分束角為7.58?，此時棱鏡具有偏振分束器的功能。

實施例三：如圖5所示，組成偏光棱鏡的兩直角棱鏡結(jié)構(gòu)相同，材質(zhì)分別為冰洲石晶體和h-qk3l玻璃，冰洲石晶體光軸方向平行于通光直角面和通光斜面，垂直于非通光直角面，通光斜面與通光直角面之間的結(jié)構(gòu)角為66.00?，棱鏡間為光膠膠合，取入射光波長為632.8nm，此時，h-qk3l光學(xué)玻璃的折射率為1.4860，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.4852，尋常光的主折射率為1.6557，在冰洲石與玻璃的傾斜界面上，入射角為66.00?，根據(jù)折射定律，尋常光全反射，只有非常光透射，且非常光接近水平方向，與水平方向夾角僅為0.07°，最后近乎水平的出射棱鏡右端面，此時棱鏡具有起偏器的功能；反向使用時，如圖7所示，在中間的傾斜界面上，光線入射角為66.00?，根據(jù)折射定律，光線雙折射進入冰洲石晶體，其中非常光方向接近水平方向，與水平方向夾角僅為0.07°，最后兩折射光從左側(cè)端面折射入空氣，根據(jù)折射定律可得，此時棱鏡的分束角為18.29?，此時棱鏡具有偏振分束器的功能。

實施例四：如圖4所示，組成偏光棱鏡的兩直角棱鏡結(jié)構(gòu)相同，材質(zhì)分別為冰洲石晶體和h-qk3l玻璃，冰洲石晶體光軸方向平行于通光直角面，垂直于非通光直角面，通光斜面與通光直角面之間的結(jié)構(gòu)角為71.60?，棱鏡間為樹脂膠膠合，常用的樹脂膠折射率介于1.5200~1.5550之間，取入射光波長為706.5nm，此時，h-qk3l光學(xué)玻璃的折射率為1.4841，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.4835，尋常光的主折射率為1.6521，在冰洲石與樹脂膠的傾斜界面上，入射角為71.60?，根據(jù)折射定律，尋常光全反射，只有非常光透射，經(jīng)過樹脂膠后到達(dá)樹脂膠與玻璃的界面，再由折射定律，非常光將折射至接近水平方向，與水平方向夾角僅為0.07°，最后近乎水平的出射棱鏡右端面，此時棱鏡具有起偏器的功能；反向使用時，如圖6所示，在玻璃與樹脂膠的傾斜界面上，光線入射角為71.60?，根據(jù)折射定律，光線折射后經(jīng)過樹脂膠到達(dá)樹脂膠與冰洲石的傾斜界面，再由折射定律，光線雙折射進入冰洲石晶體，其中非常光方向接近水平方向，與水平方向夾角僅為0.07°，最后兩折射光從左側(cè)端面折射入空氣，根據(jù)折射定律可得，此時棱鏡的分束角為22.04?，此時棱鏡具有偏振分束器的功能。