[发明专利]双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器

权利要求书

1.一种双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器，其特征是使用正交相钼酸碲钡晶体制作而成，钼酸碲钡晶体化学式α-BaTeMo₂O₉，缩写为α-BTM，双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器左边是一个直角三棱镜，右边是一个五棱镜，两部分之间使用10～15μm聚乙烯薄膜做成的外形与合束器的胶合面相同、内呈椭圆形中空的垫层，四周用胶合剂将两部分固定为一个整体，DEFGH平面为直角三棱镜和五棱镜的底面，HI为直角三棱镜的斜边和五棱镜胶合面的斜边；DIH为直角三棱镜的底面，D为三棱镜的直角点，∠HDI为直角，HD为参与合束的一束红外偏振激光在直角三棱镜入射端的底面边；IEFGH为五棱镜的底面，E、G为五棱镜的直角点，∠IEF与∠FGH为直角，FG为参与合束的另一束红外偏振激光在五棱镜入射端的底面边，EF为合束后光在五棱镜出射端的底面边，五棱镜底面上与胶合面的斜边HI相邻的边为IE与GH，相邻的角为∠HIE与∠GHI，且IE＝GH和∠HIE＝∠GHI，五棱镜底面上两直角之间的钝角为∠EFG，直角三棱镜和五棱镜两部分的晶体取向一致，晶体的x₁、x₂、x₃轴分别为钼酸碲钡晶体中三个主折射率的取向，晶体的x₁轴在DEFGH面内且平行于HD和EF边，晶体的x₂轴在DEFGH面内且平行于DE边，晶体的x₃轴垂直于DEFGH面，合束后光沿x₂轴输出，直角三棱镜中较小的锐角θ定义为合束器的结构角，合束器各边、各角的取值及与结构角的关系如下：

HD＝EF＝FG (1)

IE＝GH＝HD×tg(90°-2θ) (2)

∠HDI＝∠IEF＝∠FGH＝90° (3)

∠HIE＝∠GHI＝90°+θ (4)

∠EFG＝180°-2θ (5)

合束器的两个入射端面与合成光束的出射端面设计为正方形，因此双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器通光面的面积均为(HD)²。

2.根据权利要求1所述的双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器，其特征是双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器结构角θ的确定方法如下：

θ＝β_c+α (6)

式中，β_c是以FG为底面边的入射端面入射经全反射参与合束的S振动偏振光束在合束器内全反射的临界角，且β_c＝sin^-1(1/n₃)，n₃是α-BTM晶体中光矢量沿x₃轴振动线偏光的折射率，α是为了确保以FG为底面边的入射端面入射的S振动偏振光束全反射的余量角度，α的取值范围是0.1°～1.0°。

3.根据权利要求2所述的双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器，其特征是设计参数确定方法包括如下步骤：

(1)针对合束偏振激光的波长λ，根据α-BTM晶体折射率n₃的色散公式

n₃²＝4.711163+0.119856/(λ²-0.061800)-0.015226λ²

得出n₃，进而得出全反射的临界角β_c；

(2)确定全反射余量角度α的取值，由(6)式得出双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器的结构角θ；

(3)根据偏振激光的光束直径Φ，取HD＝EF＝FG≥Φ/0.75，

(4)根据确定的结构角θ和HD，由(2)、(4)和(5)得出IE和GH的长度以及∠HIE、∠GHI和∠EFG的数值。

4.根据权利要求1所述的双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器，其特征是所述红外偏振激光合束器使用的光谱范围为：1.0～5.0μm。