[发明专利]基于氯化亚汞晶体的偏振棱镜/偏振分光棱镜

说明书

本发明涉及基于氯化亚汞晶体的偏振棱镜/偏振分光棱镜，偏振棱镜的材料为氯化亚汞Hg₂Cl₂晶体，包括单块氯化亚汞晶体棱镜或多块氯化亚汞晶体棱镜，多块氯化亚汞晶体棱镜为由多个单块氯化亚汞晶体棱镜通过空气隙、光胶或深化光胶方式形成的光线依次入射、两两之间以斜面相连接的堆叠结构；本发明采用正单轴晶Hg₂Cl₂晶体作为棱镜基质，实现了基于Hg₂Cl₂晶体的偏振棱镜和偏振分光棱镜，拓展了应用于可见到红外波段，特别是中远红外波段的棱镜基质材料范围。

技术领域

本发明涉及基于氯化亚汞晶体的偏振棱镜/偏振分光棱镜，属于光学元件的材料选用和结构设计领域。

背景技术

光入射到各向异性晶体中将发生双折射，分为两束分别沿不同方向传播的偏振光。利用晶体的双折射现象制作成的棱镜称为偏振棱镜，可用于获得偏振光。偏振棱镜在光谱分析、光学成像、激光调制等光学领域具有重要的应用。根据具体的应用需求，偏振棱镜可分为格兰-泰勒棱镜、格兰-汤普逊棱镜、沃拉斯顿棱镜、分束棱镜等。单轴晶偏振棱镜所利用的双折射为两主折射率之差，即光束沿垂直c轴方向入射时获得的(n_e-n_o)。

受材料透光范围所限，偏振棱镜一般只能用于特定波段。目前，广泛应用于制作偏振棱镜的材料主要为不可再生的方解石晶体、α-BBO晶体以及YVO₄等单轴晶晶体。α-BBO晶体在紫外波段具有良好的透过性能，并且具有较大的双折射，可以用于制作0.19-3.5μm紫外-近红外波段的格兰棱镜；YVO₄晶体在0.5-4.0μm具有良好的透过率和大的双折射，可用于制作可见-中红外波段的棱镜；方解石晶体是应用于0.35-2.5μm可见、近红外波段最主要的偏振棱镜材料，然而，方解石晶体属于天然的不可再生资源，随着开采量的逐年增加，价格日趋昂贵。此外，在波长大于5μm的中长波红外区域，较少有合适的材料可用于制作偏振棱镜。

因此寻找从可见到长波红外波段具有宽透光范围、大的双折射、物理化学性能优异且价格便宜的棱镜基质材料，是高质量偏振棱镜研究的一个重要方向。

氯化亚汞晶体(分子式：Hg₂Cl₂)属四方晶系I4/mmm空间群，为正单轴晶。此晶体具有透光范围宽(0.38-20μm)、双折射大(0.581@1.064μm)、易获得大尺寸高质量单晶等特点，是一类潜在的从可见光到长波红外波段宽带宽应用的偏振棱镜材料。

发明内容

针对现有技术中偏振棱镜基质材料短缺的难题，本发明提供基于氯化亚汞晶体的偏振棱镜/偏振分光棱镜。

本发明的基于氯化亚汞晶体的偏振棱镜/偏振分光棱镜特别应用于中长波红外波段。

为达到以上目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

基于氯化亚汞晶体的偏振棱镜，所述偏振棱镜的材料为氯化亚汞Hg₂Cl₂晶体，包括单块氯化亚汞晶体棱镜或多块氯化亚汞晶体棱镜。

根据本发明优选的，氯化亚汞晶体的双折射率为0.581@1.064μm，红外透过波长为0.38-20μm。

根据本发明优选的，单块氯化亚汞晶体棱镜的顶角根据目标应用波长、氯化亚汞晶体折射率色散关系、折射定律n₁sinθ₁＝n₂sinθ₂、全反射条件θ₁≥arcsin(n₂/n₁)确定。

根据本发明优选的，在0.38-20μm范围内氯化亚汞晶体在以下波长下两偏振光的折射率、双折射、全反射角如下所示：

。