一種p-偏振光分束比可控的偏振分束器及其工作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及偏振光學控制和光波技術領域，具體的說，是涉及一種可以將一束P-偏振光分為兩束相等的偏振光束的分束器及其工作方法，該器件能夠應用于自由空間和光 纖波導的光波器件。
【背景技術】
[0002] 隨著偏振理論的發展，偏振光探測技術已經被廣泛應用在許多領域，如海洋遙感、 通信技術、偏振成像等。偏振測量技術利用光電設備獲取目標景物輻射的偏振態信息，與傳 統光電探測技術相比，不僅可獲得目標光輻射的強度信息，還可以獲得偏振度、偏振角、偏 振橢率等參數信息，增加被探測目標的信息量。因而，偏振光在地質勘探、海面目標探測和 分類、水面波紋測量、生物醫學、空間探測等領域展現出廣泛的應用前景。
[0003] 使用偏振光進行光學探測，都離不開偏振分光器件，如偏振分光儀、光學隔離器/ 環形器、旋光儀等，他們在國防、科研、生產等領域應用很廣。傳統偏振分束器件多為薄膜干 涉型和雙折射晶體型。薄膜干涉型偏振分數器件基于薄膜內的干涉作用，偏振分束膜層數 量多，并且需要將這些分束膜膠合在棱鏡中；雙折射晶體型偏振分束器件是利用晶體的雙 折射特性設計而成的，晶體種類及尺寸限制了這種器件的應用。而且，傳統的偏振分束器件 價格昂貴，工藝復雜，且體積大、重量重，不適合進行光的集成，無法滿足未來光子期間的發 展趨勢。由于普通的棱鏡分光器很難將一束光分成振幅相等的兩束光，以及偏振分析器透 過率、探測器響應的差異，造成系統響應非一致性和均勻性，導致解析偏振光存在偏差、解 析精度降低等問題。
[0004] P-偏振光分束棱鏡可以應用在邁克爾遜和馬赫澤德干涉儀中。P-偏振光的使用可 以簡化透明板或薄膜厚度和折射率的干涉測量:當一個透明板或者薄膜被放置在兩個干涉 臂的其中一個臂上，并且旋轉至布儒斯特角度，這樣就可以同時滿足平板的最小反射比和 最大條紋可見度。
[0005] 現有的實現分束比可控的分束器方案要么比較復雜，要么需要特殊制造光學元件 才能夠實現，并且不能實現對P-偏振光的分束。中國專利"連續可變分束比分束器"（專利 號:95239630.0)利用半波片和福斯特棱鏡只能得到偏振方向相互垂直的光，并且分束比需 要進行實際測量才能得到。中國專利"一種分束比連續可調和任意偏振態輸出的分束器" (【申請號】201510445665.8)利用偏振片、半波片等分立器件進行分束器，不能夠獨立控制光 的偏振態，元件較多，調節步驟復雜。中國專利"具有連續分束比的分束器"（【申請號】 201410355139.8)利用全息光柵來進行分束的裝置比較復雜，實現起來比較困難。中國專利 "電控可調偏振分光比的偏振分束器及其工作方法"（【申請號】201510359578.0)利用電控液 晶盒和偏振分光鏡可以將入射光分為P-偏振光和s-偏振光，但過多地器件會引入損耗，并 且不能夠對P-偏振光或者S-偏振光進行分束。
[0006] 鑒于目前國內尚不具備成熟的P-偏振光探測器的制造工藝，通常需要設計低損 耗、全介質的分束器將一束入射P-偏振光束分解為反射P-偏振光束和透射P-偏振光束，這 兩束p-偏振光束在正交的方向上傳播，并且可以控制兩束出射光的強度。寬帶分束器利用 入射的P-偏振光(適用于干涉測量和全息成像)在界面發生反射和折射，這些現象由透明棱 鏡和波片造成。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種P-偏振光分束比（即能量 強度比值)可控的偏振分束器及其工作方法，通過外控電壓模塊改變內嵌四分之一波片的 折射率，實現偏振分光比的精確調節，從而實現控制兩束出射光的分束比，最終獲得滿足一 定需求的能量分光比可控的兩束正交P-偏振的純態偏振光束輸出，可以應用在空間領域， 尤其是能夠應用在偏振干涉測量以及偏振成像系統中。
[0008] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0009] -種P-偏振光分束比可控的偏振分束器，包括立方體棱鏡和四分之一波片，所述 立方體棱鏡由兩塊四面體棱鏡構成，所述四分之一波片設置在所述四面體棱鏡之間，所述 四分之一波片通過光膠與所述四面體棱鏡相貼合，所述四分之一波片與所述四面體棱鏡之 間的角度均為45°，所述四分之一波片連接有外控電壓模塊。
[0010]所述四面體棱鏡由折射率為1.20064的氟化鋰棱鏡構成。
[0011 ]所述四分之一波片由無機電光晶體KTP或有機電光DAST晶體構成。
[0012 ] -種P-偏振光分束比可控的偏振分束器的工作方法，包括以下步驟：
[0013] (1 )p-偏振光平行入射至立方體棱鏡，嵌入在立方體棱鏡內的四分之一波片將入 射的P-偏振光分解為兩束正交的P-偏振光束；
[0014] (2)通過外控電壓模塊對四分之一波片施加電壓V，使得四分之一波片產生由電壓 V引起的折射率變化n(V)，得到四分之一波片在電壓V下的折射率為n = n〇+n(V)，n〇為四分之 一波片在施加電壓V = 0時的折射率；
[0015] (3)重復步驟(2)，通過改變電壓V的數值，改變四分之一波片的折射率，控制四分 之一波片與四面體棱鏡之間的折射率比值，實現對出射的兩束正交的P-偏振光束的分束比 調控。
[0016] 步驟(3)中分束比的調控范圍為0%-40%。
[0017] 與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：
[0018] (1)本發明分束器是將一種高折射率的四分之一波片內嵌在一個低折射率的立方 體棱鏡，四分之一波片可以將傾斜入射的P-偏振光分解為反射和折射的部分，傳統薄膜和 雙折射晶體構成的分束器相比較，本發明分束器在體積和重量方面占有優勢，同時結構簡 單緊湊，易于集成在光學系統中；
[0019] (2)本發明能夠對入射的P-偏振光分成分束比可控的兩束相互正交的P-偏振光， 能夠使正交的兩束P-偏振光一束透射一束反射，從而可以產生兩束完全分離的P-偏振光， 并且使用過程中不改變系統光軸。
[0020] (3)本發明所涉及的分束器的制作工藝簡單，能夠實現大規模、低成本的生產，具 有較大的市場價值。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是對入射P-偏振光實現50 %-50 %分束的立方體分束器的具體實施例結構不 意圖。
[0022] 圖2是對入射P-偏振光分束比可控的分束器的具體實施例結構示意圖。
[0023] 附圖標記:1_四面體棱鏡2-四面體棱鏡3-四分之一波片4-外控電壓模塊
【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖對本發明做進一步說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用 于說明和解釋本發明，但不應以此限制本發明的保護范圍。
[0025] 如圖1和圖2所示，本發明的基本思想是結合立方體棱鏡和高折射率的四分之一波 片3構成分束器，立方體棱鏡由四面體棱鏡1和四面體棱鏡2構成，四分之一波片3