三元结构的o光超高透偏光棱镜

　　1　引　言

　　透射率是偏光器件[1,2]的主要性能参数之一,一个好的偏光器件应有尽可能高的透射率[3]。超高透偏光棱镜[4,5]便是这方面的典范。文献[4]给出了一种单一棱镜式的超高透激光偏光棱镜,这种棱镜的出射光束与入射光束不同向,如图1(a)所示。文献[5]给出的超高透激光偏光棱镜是两个单一棱镜的组合,如图1(b)所示,其作用是实现出射光和入射光的同向。这两种棱镜的透射率均高于98%。制作这两种棱镜的材料全部为冰洲石晶体,透射光为非常光,为此将其称为冰洲石e光超高透偏光棱镜。这种棱镜不仅需要具有较多的冰洲石晶体材料,而且由于e光折射率会随入射光方向而改变,因而容易引起像散。为了改善成像质量,节省冰洲石晶体材料,作者采用冰洲石与玻璃组合的形式设计了一种三元结构的o光超高透偏光棱镜。

　　2　光路分析与棱镜设计

　　2.1　光路分析

　　棱镜的主截面结构及其光路如图2所示。棱镜为三元结构,前后半块为两个大小一致、形状相同的光学玻璃三棱镜,中间为冰洲石晶体薄片,三者采用胶合剂胶合在一起。玻璃和胶合剂的折射率与冰洲石晶体中的o光折射率接近,冰洲石晶体的光轴平行于出射端面与切割面的交线。出射的o光,其电矢量振动方向平行于入射面,因而当光以布儒斯特角入射时,o光在入射和出射两个端面都接近于零反射。由于o光与胶合剂的折射率接近,所以胶合面上的反射损失也非常微弱,从而实现了o光的超高透射。通过合理选取棱镜的结构角可以使e光在胶合层与冰洲石晶体介面上发生全反射,从而保证了棱镜的消光比。

　　2.2　棱镜的设计

　　首先选择折射率和色散与冰洲石晶体中o光相近的光学玻璃。通过对ZBaF3玻璃[6]、LaK1玻璃、LaK2玻璃等的折射率和色散的考察,最终选择匹配最好的ZBaF3玻璃。ZBaF3玻璃与冰洲石晶体中o光在400~1010nm波段内的色散曲线如图3所示。由图中的曲线可以看出,两者与上述光谱范围的色散曲线基本一致,且折射率的最大差值不超过0·00274。因此选择了ZBaF3玻璃与冰洲石晶体配合制作的三元结构的o光超高透偏光棱镜。

　　本文中的实验样品选用折射率nd约为1.658的液态胶合剂溴代萘,一是为了实现折射率的匹配,二是这种胶不凝固,可以减小由于材料线胀系数不同而造成的热应变的影响。为了加固棱镜,并防止溴代萘挥发,在胶合层外缘粘有有机玻璃板。若想获得更加牢固的棱镜结构,可使用折射率较低的固态胶,如折射率为1.54的树脂胶,但需要在胶合面上镀增透膜[7]。

　　在确定了光学玻璃与胶合剂后,棱镜的设计就是确定其结构角。令光在棱镜内的传播方向与上下底面平行,由此来确定棱镜的结构角。将400~1010nm波段内各波长所对应的ZBaF3玻璃折射率nb和冰洲石晶体中e光主折射率ne代入全反射公式,有