[发明专利]无源消偏器

说明书

技术领域

[0001]本发明通常涉及一种消偏器和图案化波片。更特别地，本发明涉及一种包括图案化半波片的无源消偏器。

背景技术

[0002]许多光学元件对光的偏振敏感。当将这种光学元件用在光学系统中时，它们的偏振灵敏度将引入显著的误差。为了抵制不合需要的偏振灵敏度效应，消偏器可被用来降低或试图随机化光的偏振。

[0003]例如，用在分光计中的典型衍射光栅具有固有的偏振灵敏度，即它们的衍射效率取决于光的偏振。当在宽的波长范围上操作时，分光计可利用多个不同的光栅，每一个都具有不同的偏振灵敏度。如果入射光是偏振的，则不同光栅的输出将是不同的。因此，分光计的性能将同样取决于其所用的光栅而不同，导致测量误差。通过在定位于分光计的象平面处的光栅的前面插入消偏器，该问题可以被最小化。

[0004]如McGuire和Chipman的名称为“Analysis of spatial pseudo-depolarizers inimaging systems”(Optical Engineering，1990，VOL.12，pp.1478-1484)的文章中所述，消偏器将偏振的光束转变成由不同的偏振态的集合组成的光束。从理想的消偏器输出的光束将包括时间和空间任意的偏振态。然而，这种理想的消偏器是不存在。实际的消偏器提供由空间、时间或波长域中连续的偏振态组成的光束。当将这些偏振态叠加在光学系统的象平面时，将产生偏振杂乱的图象。当这种光束穿过定位在象平面处的偏振分析仪并入射到光功率计上时，通过改变偏振分析仪的取向而探测到的传输功率没有明显的变化。

[0005]许多用在光学系统中的现有消偏器是基于波片的(波片也称为延迟器)。波片，其通常由双折射材料层组成，可改变光束的两个正交偏振分量间的相对相位。单轴双折射材料以单快轴(也称为光轴或各向异轴)为特征。平行于快轴的偏振分量比垂直于快轴的偏振分量更快地穿过材料。换句话说，该平行分量经历较小的折射率n₁，而该垂直分量经历较大的折射率n₂。材料的双折射Δn定义为Δn＝n₂-n₁。

[0006]如果波片具有适当的厚度，光束的两正交分量之间可以产生相移。对于具有双折射Δn和厚度d的波片，波长为λ的光束的相移Γ由Γ＝(2πΔnd)/λ确定。

[0007]例如，选择半波片的厚度以产生半波长(π)或相当多个半波长((2m+1)π，其中m是整数)的相移，这样d＝λ(2m+1)/(2Δn)。当线性偏振光束入射到半波片上时，从半波片出射的光束同样是线性偏振的，但是其偏振态以与快轴成一角度取向，该角度是入射光束的偏振态与快轴所成角度的两倍。因此，半波片可用作偏振态“旋转器”。

[0008]一种类型的现有消偏器是Lyot型消偏器，其包括具有2∶1的厚度比的两个平行的双折射材料波片。波片以它们的快轴彼此成45°取向而堆叠。例如，Norton等人的US专利No.6,667,805；No.7,099,081和No.7,158,229中描述了这种装置的变体。另一种类型的现有消偏器包含楔形波片。Hanle(亨勒)消偏器由两个光楔组成，其中至少一个光楔是双折射材料。Cornu消偏器由两个双折射材料光楔组成，它们的快轴以相反的方向取向。例如，Kremen的US专利No.4,198,123，Yao的US专利No.6,498,869，Kaneko等人的US专利No.6,744,506，Li等人的US专利No.6,819,810和No.7,039,262及Fiolka的US专利申请No.2007/0014504中描述了这些装置的变体。

[0009]Yao的US专利No.6,498,869也公开了一种由大量双折射材料结晶芯片制造的消偏器。芯片是四分之一波片，并且它们的快轴在平面内任意取向。Schuster的US专利No.6,191,880；No.6,392,800和No.6,885,502中公开了相似的装置，在这种情况下是放射状地偏振一束偏振光。Schuster的径向偏振镜包括多个双折射材料腔面(facet)。这些腔面是半波片，并且它们的快轴在平面内以不同的图案排列。

[0010]Bulpitt等人的US专利No.5,028,134公开了一种有源消偏器，其包括半波片和旋转该半波片的装置。