[发明专利]消偏振反射镜

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种光学测量或光学仪器，尤其涉及一种能有效消除镜面反射带来的偏振问题的反射镜组。

【背景技术】

以一定角度入射的镜面反射会使反射光的偏振状态相对入射光发生改变，且其总反射率会因入射光偏振状态不同而不同。如图1所示为一束自然光发射镜面反射后产生偏振的示意图。

以入射光和反射镜的法线所组成的平面为入射平面。任意一束入射光可以分解为垂直于光线传播方向的两个振动方向互相垂直的偏振光，记为s波和p波，其中s波的振动方向垂直于入射平面，而p波的振动方向为平行于入射平面。在光线发生镜面反射后，反射光的光强由下式表示：

I_m＝I_p·ρ_p(θ)+I_s·ρ_s(θ)

由于通常p波和s波的反射率不相等，如图2所示，会导致反射光发生一定的附加偏振，即如原来入射光为自然光的，反射光变成了部分偏振光，如原来入射光为偏振光的，反射光的偏振状态会发生改变。而且，随着入射角度的不同，p波和s波的反射率之间的差值也会发生变化，反射光的附加偏振程度会随着入射角度的变化而变化。

在一定角度下，以反射光线与入射光线光强的比值为反射镜组该光线的总反射率。由于自然入射光的p波和s波的光强均为总光强的1/2，在发生镜面反射后，反射镜组自然光的总反射率可表示p波和s波反射率的算术平均值。而对于偏振的入射光，反射镜的总反射率与偏振程度有关，表达要更为复杂。因此在某一入射角度下，反射镜的总反射率会因入射光的偏振状态而发生改变，即反射镜的总反射率对入射光的偏振状态有着强烈的依赖性，当入射角度较大时这种依赖会变得十分明显，以致它在精密光学测量等领域成为一项无法消除的原理性测量误差。

由图2还可知，发生在介质表面的反射与金属表面的反射虽然都会使反射光束产生一定的偏振，但二者又有所区别。金属表面的平均反射率一般高于介质表面的平均反射率，而且随着金属材质的不同，平均反射率以及p波和s波的反射率差值也各不相同。

反射镜是非常重要的光学器件，广泛使用于各个光学领域。虽然偏振是很多光学领域中不容忽略的问题，但长期以来并没有较为方便、经济、有效的方法去解决这一问题，使得光线的总反射率不依赖于偏振，而且使镜面反射不给反射光带来附加偏振。

对反射镜表面镀膜是目前反射镜消偏的常用方法，然而这种方法一方面成本较高，另一方面该方法只能在一定程度上减少上述镜面反射带来的偏振问题，镀膜后的反射镜组p波和s波的反射率差值依然存在，同时镀膜消偏所适用的光谱波段较窄，而且对入射角度有所限制，不能随意调整光线的入射角度，否则消偏效果将受到影响。

【发明内容】

本发明旨在提供一种消偏振反射镜，以方便、有效地消除镜面反射带来的偏振问题，消偏振反射镜的反射率对入射光的偏振不敏感，并且经过消偏振反射镜后的反射光仍保持入射前的偏振状态。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种消偏振反射镜，其特征在于在光路中包括一面以上含一面起偏反射镜和一面以上含一面补偿反射镜组成的一组或多组镜组，每组镜组中起偏反射镜的起偏入射平面和补偿反射镜的补偿入射平面相互垂直，所有镜组中起偏反射镜的s波和p波反射率比的乘积与所有补偿反射镜的s波与p波反射率比的乘积相等。

消偏振反射镜镜组中，任意一光强为I的入射光可以分解为垂直于第一面起偏反射镜入射平面的p波和s波，其光强分别为Ip和Is，即：

I＝I_p+I_s(1)

相应的p波和s波的振幅分别为Ap和As，入射光经过第一面起偏反射镜后的振幅为

I_m＝I_pρ_1p(θ₁)+I_sρ_1s(θ₁)(2)

其中ρ_1p(θ₁)为第一起偏反射镜在入射角为θ₁时的p波反射率，ρ_1s(θ₁)为第一起偏反射镜在入射角为θ₁是的s波反射率。下文中出现的ρ_1p(θ₁)和ρ_1s(θ₁)与式(2)中所表示的意义相同。