分束李普奇与分束汤普逊棱镜性能的比较分析

引言

    随着现代偏光技术及激光应用技术的发展，各种各样的偏光器件得到了越来越广泛的应用，其中，棱镜型激光偏光镜[1]比较常用，它按功能大体可分为激光偏光镜[2]和偏光分束镜。对于偏光分束镜，按出射的两束光的特点又可分为横向剪切分束棱镜[3](即出射光的分束角为0°，如平行分束偏光镜[4])和角剪切分束棱镜[5-6](如Wollaston棱镜[7]、Rocho。棱镜[8])。在众多的偏光分束器件[9]中，格兰型以其大的分束角得到广泛的应用，主要有4种形式:分束李普奇棱镜和与之对应的空气隙格兰一泰勒棱镜，分束格兰一汤普逊棱镜和与之对应的空气隙型格兰一付科棱镜。格兰一汤普逊棱镜和李普奇棱镜结构相同、外形相同，晶体的光轴都在人射端面内，只是晶体光轴方向相差900，正是光轴的这一变化引起了二者的较大差异。关于空气隙型的格兰一付科棱镜和格兰一泰勒棱镜的差异性已有深人的分析[10-11]，本文中对分束李普奇棱镜和分束格兰-汤普逊棱镜的性能[12](分束角、小分离角和光强分束比)进行比较分析。

1分束李普奇棱镜与格兰一汤普逊棱镜分束角的比较

1.1分束李普奇棱镜的分束角

    分束李普奇棱镜的光路如图1所示。图中双箭头表示晶体光轴的方向，S是棱镜的结构角，0S称其为副结构角，规定△S以o光垂直出射的边为起始边，逆时针为正，顺时针为负;θ是o光和e光在棱镜胶合界面上的人射角，且θ=S;θe’是e’光波(e光反射部分)的反射角;δ是晶体中e’光波与o光波的分离角;ie’，io分别是光波e’和o光在界面5的人射角;θo是o光的出射角;?L, ?L’分别是分束李普奇棱镜的分束角和分离角，?是e’光波与晶体光轴的夹角。

1.2分束格兰·汤普逊棱镜的分束角

    分束格兰一汤普逊棱镜的结构如图2所示。与分束李普奇棱镜结构相似，只是晶体光轴方向扭转了90°。为了方便与分束李普奇棱镜的比较，对角度做相似的标注。从图1和图2的比较可以发现，在分束李普奇棱镜的胶合层介面2上反射的o光波和e’光波有分离角δ，而分束格兰一汤普逊棱镜的o光波和e’光波的方向是一致的，其原因是在分束格兰一汤普逊棱镜中e光波反射前后都取主折射率ne。若反射的o光和e'光垂直介面5图中虚线)出射，出射棱镜后仍同向传播，其结果无疑会影响o光的偏振度，因此，更需要副结构角△S,以将e光和o光分开一角度，以保证出射。光的偏振度。在图2的界面5，由菲涅耳公式ne sini=sinθe , no sini = sinθo以及iv =?S，得分束角?T和分离角?T’可表示为:

1.3分束李普奇棱镜与分束格兰·汤普逊棱镜分束角和分离角的比较分析