本發(fā)明屬于光學元件的結構設計和材料選用領域，特別涉及一種冰洲石與玻璃組合的偏振棱鏡。

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偏振棱鏡，但是天然的光學級冰洲石晶體資源日漸枯竭，尋找替代晶體或改進設計降低單只棱鏡中冰洲石材料的消耗就成為研究熱點。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于通過新的棱鏡設計，采用冰洲石與玻璃組合的方法，設計一種組合的90°分束偏光鏡，具備冰洲石單窗90°分束偏光鏡的偏振功能，同時降低冰洲石材料消耗。

h-qk3l玻璃是一種常見光學窗口材料，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290nm~2400nm，覆蓋冰洲石晶體棱鏡的透過范圍，本發(fā)明選用h-qk3l玻璃的關鍵技術是其折射率色散曲線與冰洲石晶體中非常光的主折射率色散曲線近乎完美的重合，如圖1所示；在與冰洲石組合時，通過結構設計，可以使非常光近乎無折變的從冰洲石晶體進入玻璃。

本發(fā)明采用的技術方案為兩塊棱鏡通過空氣隙形式膠合在一起，如圖2所示，形成直角棱臺結構：所述的兩棱鏡材質本別是冰洲石晶體和h-qk3l玻璃；所述的h-qk3l玻璃為光學玻璃，h-qk3l為光學領域對該玻璃的公認編號；所述的冰洲石晶體為天然光學級冰洲石晶體；如圖3所示，所述的冰洲石棱鏡中光軸的方向平行于h-qk3l玻璃棱鏡的通光直角面，垂直于h-qk3l玻璃棱鏡的非通光直角面，所述的兩棱鏡通光面間的結構角分別為s1、s2、s3，各個結構角之間的關系為：

(1)

(2)

其中，no為冰洲石晶體中尋常光的主折射率。

如圖3所示，光線從組合棱鏡左側端面垂直入射，在冰洲石晶體內分為尋常光（o光）和非常光（e光），但是兩光線在光路上重合的，在冰洲石和空氣隙的界面上，o光因折射率大，發(fā)生全反射，之后在下側端面折射后出射，根據公式1的結構角設計，由折射定律可知，o光的出射方向豎直向下；e光折射進入空氣隙，之后再次折射進入h-qk3l玻璃，因h-qk3l玻璃折射率冰洲石中e光主折射率近似相等，根據折射定律，e光從右側端面近似水平的出射。

當將組合棱鏡反向使用時，如圖4所示光線從右側端面垂直入射，光線由h-qk3l玻璃折射進入空氣隙，在空氣隙和冰洲石晶體的界面上發(fā)生雙折射，根據折射定律，因h-qk3l玻璃折射率冰洲石中e光主折射率近似相等，e光折射至近似水平方向，o光與水平方向有夾角，之后在左側端面進一步折射后出射，組合棱鏡實現偏振分束功能。

現有的冰洲石單窗90°分束偏光鏡結構如圖5所示，由兩塊冰洲石棱鏡組成；本發(fā)明設計的冰洲石與h-qk3l玻璃組合的90°分束偏光鏡比同規(guī)格的冰洲石單窗90°分束偏光鏡減少66%的冰洲石材料使用量，節(jié)省天然光學級冰洲石晶體資源，同時h-qk3l玻璃價格遠比冰洲石低廉，可以降低制造成本。

本發(fā)明設計的冰洲石與玻璃組合的90°分束偏光鏡，采用的h-qk3l玻璃透光范圍覆蓋冰洲石晶體透光范圍，因此該組合棱鏡可以完全覆蓋冰洲石單窗90°分束偏光鏡的透光范圍。

本發(fā)明的有益效果是：節(jié)省天然光學級冰洲石晶體材料，棱鏡制作成本低，光路分束功能與冰洲石單窗90°分束偏光鏡相同，可反向使用，反向使用時組合棱鏡具有偏振分束功能。

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90°分束偏光鏡結構示意圖，其中雙向箭頭表示光軸的方向；

圖3為本發(fā)明的冰洲石與玻璃組合的90°分束偏光鏡結構側視及光路示意圖，其中雙向箭頭表示光軸的方向；

圖4為本發(fā)明的冰洲石與玻璃組合的90°分束偏光鏡反向使用光路示意圖；

圖5為現有的冰洲石單窗90°分束偏光鏡結構及光路示意圖，其中雙向箭頭表示光軸的方向。

具體實施方式

實施例一：如圖2、圖3所示，組成偏振棱鏡的兩棱鏡材質分別是冰洲石和h-qk3l玻璃，冰洲石光軸方向平行于玻璃棱鏡的通光直角面，垂直于玻璃棱鏡的非通光直角面，取入射光波長為632.8nm，此時h-qk3l光學玻璃的折射率為1.48601，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48515，尋常光主折射率為1.65567，令組合棱鏡中結構角s1為38°，由公式（1）和（2）可以得到結構角s2和s3分別為18.6°和38°，在冰洲石和空氣隙的界面上，o光全反射，之后從下側端面折射后豎直方向出射，e光折射進入空氣隙，之后折射進入玻璃，最后近似水平的從右側端面出射，所以最終出射的兩束光夾角為90°；將組合棱鏡反向使用，光線折射進入空氣隙，在冰洲石晶體和空氣隙的界面上，發(fā)生雙折射，根據折射定律，最后e光方向為近似水平方向出射左側端面，o光在左側冰洲石/空氣界面再次折射后出射，o、e光間夾角為7.4°。

實施例二：如圖2、圖3所示，組成偏振棱鏡的兩棱鏡材質分別是冰洲石和h-qk3l玻璃，冰洲石光軸方向平行于玻璃棱鏡的通光直角面，垂直于玻璃棱鏡的非通光直角面，取入射光波長為632.8nm，此時h-qk3l光學玻璃的折射率為1.48601，冰洲石晶體的非常光主折射率為1.48515，尋常光主折射率為1.65567，令組合棱鏡中結構角s1為39°，由公式（1）和（2）可以得到結構角s2和s3分別為21.9°和39°，在冰洲石和空氣隙的界面上，o光全反射，之后從下側端面折射后豎直方向出射，e光折射進入空氣隙，之后折射進入玻璃，最后近似水平的從右側端面出射，所以最終出射的兩束光夾角為90°；將組合棱鏡反向使用，光線折射進入空氣隙，在冰洲石晶體和空氣隙的界面上，發(fā)生雙折射，根據折射定律，最后e光方向為近似水平方向出射左側端面，o光在左側冰洲石/空氣界面再次折射后出射，o、e光間夾角為6.0°。

實施例三：如圖2、圖3所示，組成偏振棱鏡的兩棱鏡材質分別是冰洲石和h-qk3l玻璃，冰洲石光軸方向平行于玻璃棱鏡的通光直角面，垂直于玻璃棱鏡的非通光直角面，取入射光波長為365.0nm，此時，h-qk3l光學玻璃的折射率為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，令組合棱鏡中結構角s1為38°，由公式（1）和（2）可以得到結構角s2和s3分別為19.4°和38°，在冰洲石和空氣隙的界面上，o光全反射，之后從下側端面折射后豎直方向出射，e光折射進入空氣隙，之后折射進入玻璃，最后近似水平的從右側端面出射，所以最終出射的兩束光夾角為90°；將組合棱鏡反向使用，光線折射進入空氣隙，在冰洲石晶體和空氣隙的界面上，發(fā)生雙折射，根據折射定律，最后e光方向為近似水平方向出射左側端面，o光在左側冰洲石/空氣界面再次折射后出射，o、e光間夾角為7.4°。