一种新的Lyot型双折射调谐滤光片

引　言

Lyot型滤光片是法国物理学家LYOT为了天文研究的需要,特别是为了观察太阳的日珥和日冕而发明的单色双折射滤光片。由于双折射滤光片可被设计成具有大视场角、窄通带、良好的抗光损伤能力等独特的光学特性的器件,因此,在许多领域仍有其它滤光片不可替代的作用。Lyot滤光片是根据晶体的双折射效应和偏振光的干涉原理而设计的[1]。对它调谐的方法有很多种[2],可以用改变温度的方法,使滤光片中的每块晶片的厚度和双折射率发生变化,从而引起透射波长的变化;为了获得一个更宽的调谐范围,可以用两块楔形晶体代替滤光片中的每一块双折射晶体,当楔形板相对于另一块滑动时,晶体的厚度就发生变化,从而引起透射波长的变化; TITLE和ROSENGERG在Lyot滤光片中插入了λ/4波片和λ/2波片,从而使调谐变得简单可行了。这些方法都是从Lyot滤光片的原理出发,达到对光的调谐,但是需要控制温度,或对晶体进行重新加工,或加入新的器件,且对于温控的方法可调谐的范围不大。本文中同样从普通的Lyot型双折射滤光片的基本原理出发,利用波片延迟量对入射倾角的敏感性[3],使波片绕平行于光轴的轴向转动,从而实现对光的调谐,简化了结构,降低了成本,具有调谐范围宽、调谐方便等优点。利用石英晶体晶片延迟量对入射倾角的敏感性作调谐滤光片的设计迄今尚未见报道。

1　Lyot型双折射滤光片的原理

Lyot滤光片是根据晶体的双折射效应和偏光干涉原理而设计的。它的结构原理如图1所示。图中, P1和P2是偏光镜, L1是光轴平行于晶体表面切割的石英晶片,两偏光镜P1和P2的偏振面是互相平行的,L1的光轴方向与两偏光镜P1和P2的偏振面成45°。非线偏振光经过P1后成为线偏振光,垂直入射到石英晶片L1表面上,由于L1是平行于光轴切割的双折射片所以,入射光在进入石英片后,产生平行于光轴振动的非常光(e光)与垂直于光轴振动的寻常光(o光),它们再沿同一方向传播,但由于两光在晶体内的传播速度不同,所以从石英片出射后, o光和e光的相位是不同的,其延迟量为:Δδ=2π(ne-no)d/λ,此时,虽然o光和e光是来自同一条光线,且沿同一方向传播,但振动方向却相互垂直,故不能发生干涉。当它们通过P2后, o光和e光二振动方向平行,因而能产生干涉。滤光片的透射比由下式决定[3]:

T =cos²(δ/2) (1)

可见,对一定波长的光λ,对应一定的δ值,若使δ取某一相应的值,T便可取得最大值;对于不同的波长的光,要使其透射最大,则必须改变δ,因此达到调谐性能。当d=5mm时,Lyot滤光片的理论透射曲线见图2。

2　绕平行于光轴的轴向转动波片