[发明专利]三片式高效红外偏振分束器

说明书

本发明涉及红外偏振分束器，尤其是涉及三片式高效红外偏振分束器。

偏振分束器就是对某一偏振分量的光具有高透射，而对正交的另一个偏振分量的光具有高反射的能量对分的器件。

在可见光区，有基于布儒斯特角的和基于薄膜对两个偏振分量有效折射率不同的干涉型薄膜偏振分束器;有基于双折射原理制成的各种棱镜偏振分束器;还有基于选择性吸收的或二向色原理的塑料偏振片，其偏振度一般都比较高，可是在红外，由于材料的限制，要制作一个高效的红外偏振分束器是相当困难的，常规的红外偏振分束器有两种：一种是金属线栅（又叫WGP）偏振分束器，还有一种是按布儒斯特角叠置的偏振分束堆，金属线栅就象光栅，设其周期常数为d，则对于波入λ》d的入射光将产生强烈的偏振作用，WGP通常是在红外基板上制作每毫米2000～4000条的金属线，它对入射光中平入于线栅方向的振动反射，而对垂直线栅方向的振动透射。当WGP的线条达到4000条/mm时，在较理想的条件下（占空比、基板折射率及减反射膜等），消光比可达1000∶1，WGP的重要优点是可用于高数值孔径的会聚光中，并能以与入射光成45°角放置。其缺点是制作十分困难，而且通光口径也有很大限制。用按布儒斯特角叠置的偏振堆时，它与入射光所成的角度很大（至少大于50°），在成象系统中由于引入象差而限制了应用，为了尽可能降低工作角度，需选用低折射率的红外材料，这时叠合的片数大大增加，偏振片堆的总厚度太大，同样限制了应用。这种偏振分束器虽口径较大，但不能应用于会聚光束中。

图1示出了常规的红外金属线栅偏振器。1是基板，可以用Ge、ZnSe、ZnS、BaF₂、CaF₂等，其上的金属线2常用Au或Al，线宽为a，光栅常数为d（线距）。3是红外液晶光阀，入射光中振动方向平行于金属栅的偏振分量被反射，垂直于金属栅的偏振分量被透射而进入红外液晶光阀3，经光阀3调制后，偏振面转过某一角度，因而被线栅偏振分束器反射进入系统。

图2示出了按布儒斯特角叠置的偏振片堆，若基板为Ge，入射角θ＝76°;基板为ZnSe，入射角θ＝68°;对红外最低折射率的CaF₂，θ＝54°，用15块CaF₂叠置，其消光比尚不足100。图中4是基板，3为红外液晶光阀。

本发明的目的是提供一种能用于成象系统的大口径三片式高效红外偏振分束器。

为了达到上述目的，本发明采取下列措施，它由预偏、主偏和检偏三片红外材料组成，每片均以布儒斯特角方式工作，其预偏和检偏的材料为Si，主偏的材料为Ge。主偏和检偏的两个面具有一定的楔角，主偏和检偏的楔角分别为0.4°和1°。

本发明的优点是制作简单，消光比高，可以用于小角度会聚光系统中，偏振分束器的口径可以做得大，且象差影响小。

下面结合附图进一步详细加以说明。

图1是常规的红外金属线栅偏振器示意图;

图2是按布儒斯特角叠置的偏振片堆示意图;

图3是本发明的三片式高效红外偏振分束器示意图。

本发明的三片式红外偏振分束器，被用于8～12μm波段红外液晶光阀可见/红外动态转换器中。5是预偏振片，材料为Si，入射角为73°（即Si的布儒斯特角）。预偏振片5只能反射入射光中振动方向垂直于入射平面的偏振分量，此偏振分量对主偏振片6来说，由于平行于入射平面，故能透过主偏振片，而进入红外液晶光阀3。此偏振分量受光阀3调制后，变成椭圆偏振光，因此受到主偏振片6的反射而进入检偏振片7。为了减小吸收损耗，主偏振片的材料为Ge，对应的入射角为76°，而检偏振片7是Si，经检偏振片7反射出来的光线具有相当高的偏振度。如果是平行光，理论上消光比可达到无穷大，在孔径角小于±5°的会聚光中，消光比不难达到2000∶1以上。实验测试表明，三片式红外偏振分束器具有很小的象差，因而获得了良好的红外图象。