一種寬場、消色差橫向剪切雙折射分束器的制造方法
【專利說明】-種寬場、消色差橫向剪切雙折射分束器 【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于晶體光學器件領域，設及一種分束器，具體設及一種寬場、消色差橫向 剪切雙折射分束器。 【【背景技術】】
[0002] 目前，已報道的大多數(shù)基于雙折射晶體的橫向剪切分束器，一般都采用兩塊光軸 分別位于XZ平面、yz平面，且與XZ軸正向、yz軸正向成45°夾角的單軸晶體平板粘貼組成，此 種分束器在入射角較大的時候，會出現(xiàn)條紋彎曲，獲取直條紋的視場被限制在很小的入射 角之內，運會抑制系統(tǒng)的光通量；由于雙折射晶體自身存在的色散，光程差在波數(shù)維會出現(xiàn) 非均勻采樣，使得光譜與干設圖之間不再滿足傅里葉變換關系，通過傅里葉變換復原的光 譜就會出現(xiàn)不同程度的失真，造成光譜崎變;并且橫向剪切量也隨波長變化，使獲取的圖像 變得模糊。 【
【發(fā)明內容】
】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術的缺點，提供一種寬場、消色差橫向剪切雙 折射分束器。該分束器采用兩塊由YV化制作的厚度相等、光軸分別位于XZ與yz平面且與均Z 軸垂直的晶體平板對(第一單軸晶體平板和第二單軸晶體平板），與兩塊分別由α-ΒΒΟ制作 (第Ξ單軸晶體平板和第四單軸晶體平板)和兩塊由YV04制作(第五單軸晶體平板和第六單 軸晶體平板）的Savart偏光鏡粘貼組成。晶體平板對用于擴展獲取直條紋的視場，兩塊 5曰乂曰的偏光鏡用于抑制光程差與剪切量的色散效應。該分束器克服了傳統(tǒng)雙折射分束器視 場小、圖像模糊與光程差非均勻采樣的缺點，可W在寬場(大入射角)情況下獲得直干設條 紋，復原光譜精度高，且產生的剪切量與光程差不隨波長變化。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用W下技術方案予W實現(xiàn)：
[0005] -種寬場、消色差橫向剪切雙折射分束器，包括沿入射光傳播方向依次排列組成 的第一單軸晶體平板、第二單軸晶體平板、第Ξ單軸晶體平板、第四單軸晶體平板、第五單 軸晶體平板W及第六單軸晶體平板;第一單軸晶體平板和第二單軸晶體平板由YW)4制成， 厚度均為ti;第Ξ單軸晶體平板、第四單軸晶體平板由α-ΒΒΟ制成，厚度均為t2;第五單軸晶 體平板和第六單軸晶體平板由YV〇4制成，厚度均為t3 ;其中，tl、t2、t3同時滿足如下兩式：
[0006]
[0007]
[0008] 式中n〇、ne分別為單軸晶體的主折射率，ληιη為探測波段的起始波長，λ〇為探測波段 的中屯、波長，imax為最大入射角。
[0009] W主光軸為Z軸，構建滿足右手定則的xyz直角坐標系，第一單軸晶體平板、第Ξ單 軸晶體平板、第五單軸晶體平板的光軸在XZ平面內，第一單軸晶體平板光軸與X軸平行，第 Ξ單軸晶體平板與第五單軸晶體平板的光軸均與XZ軸正向或負向成45°夾角；第二單軸晶 體平板、第四單軸晶體平板、第六單軸晶體平板的光軸在yz平面內，第二單軸晶體平板的光 軸平行于y軸，第四單軸晶體平板與第六單軸晶體平板的光軸均與yz軸正向或負向成45°夾 角。
[0010] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有W下有益效果：
[0011] 本發(fā)明設及的分束器可作為干設儀與干設型成像光譜儀的分光器件，它將入射的 一束光線分為兩束，運兩束光在通過本分束器后相遇發(fā)生干設，產生干設圖。根據傅里葉變 換光譜學原理，通過對干設圖做傅里葉變換即可獲得目標的光譜信息；由于獲取直干設條 紋的視場角有所增大，因此具有高通量的優(yōu)點;光程差與剪切量的色散得到抑制，因此可W 獲得相對精確的復原光譜與高質量的目標圖像。本發(fā)明寬場消色差的雙折射分束器與相同 尺寸的傳統(tǒng)橫向剪切的雙折射分束器(Savart偏光鏡)比較，獲取直條紋的視場有明顯的擴 展，光程差與剪切量的色散同時得到了有效的抑制。本發(fā)明可W在入射角較大的時候獲得 直條紋，并且可W同時使得光程差與剪切量不隨波長變化，基于其研制的成像光譜系統(tǒng)，可 W在大視場條件下獲得精確的復原光譜。 【【附圖說明】】
[0012] 圖1為本發(fā)明的結構原理圖；
[0013] 圖2為最大視場角隨ti的變化曲線；
[0014] 圖3(a)為傳統(tǒng)5曰乂曰的偏光鏡的視場干設圖；
[0015] 圖3(b)為本發(fā)明的視場干設圖；
[0016] 圖4為Ad隨波長的變化曲線；
[0017] 圖5為本發(fā)明的光程差隨波長與入射角的變化曲面。 【【具體實施方式】】
[0018] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：
[0019]參見圖1，本發(fā)明采用YV〇4/a-BBO/YVO^^明治結構，包括沿入射光傳播方向依次 排列組成的第一單軸晶體平板1、第二單軸晶體平板2、第Ξ單軸晶體平板3、第四單軸晶體 平板4、第五單軸晶體平板5W及第六單軸晶體平板6。第一單軸晶體平板1和第二單軸晶體 平板袖YV04制成，厚度均為如第立單軸晶體平板3、第四單軸晶體平板4由α-ΒΒΟ制成，厚度 均為t2;第五單軸晶體平板5和第六單軸晶體平板6由YV化制成，厚度均為t3。構建xyz直角坐 標系(滿足右手定則），設主光軸為Z軸。第一單軸晶體平板1、第Ξ單軸晶體平板3、第五單軸 晶體平板5的光軸在XZ平面內，第一單軸晶體平板1光軸與X軸平行，第Ξ單軸晶體平板3與 第五單軸晶體平板5的光軸均與XZ軸正向（或負向）成45°夾角;第二單軸晶體平板2、第四單 軸晶體平板4、第六單軸晶體平板6的光軸在yz平面內，第二單軸晶體平板2的光軸平行于y 軸，第四單軸晶體平板4與第六單軸晶體平板6的光軸均與yz軸正向（或負向）成45°夾角。
[0020] 本發(fā)明的原理：
[0021] 本發(fā)明所設及的分束器將入射的一束光線分為兩束，運兩束光之間的光程差為
[0022] Δ t = A(；cos ω+sin ω )sini+B(cos2 ω-sin2 ω )sin2i (1)
[0023] 其中，
[0030] 上式中ω為第一單軸晶體平板1主截面與入射面的夾角，一般情況下取ω =0% i 為入射角，η。為單軸晶體的正常折射率，ne為單軸晶體的反常折射率，λ日為應用波段的中屯、 波長。
[0031] 由于α-ΒΒΟ與YW4屬于異性晶體材料，與對波片消色差的原理類似，即當ti、t2滿足 如下關系時可W實現(xiàn)剪切量在中屯、波長附近消色差的效果：
[00創(chuàng)
巧)
[0033] 獲取直條紋的最大視場角可由準零程差條件確定：
[0034]
(5)
[0035] 上式中ληιη為探測波段的起始波長。
[0036] 可W得到：
[0037]
[0038] imax為獲取直條紋的最大視場角。
[0039] 由W上分析可知，在t2、t3確定W后，最大視場角隨ti的增加而增加，在最大視場角 W內，光程差可W表示為：
[0040]
(7)
[0041] 因此，在假定了本發(fā)明使用的波段與中屯、波長處的剪切量時，可W通過式（2)和 (4)式確定t2、t3,再通過(6)式選擇ti的厚度來擴展視場。
[0042] 假定使用波段為0.4μηι~Ιμηι(中屯、波長為0 .化m)，且中屯、波長處的剪切量為 0.5mm，由（2)、（4)式可得第3、4晶體板厚度均為6.7mm，第5、6晶體板厚度均為1.4mm;由（6) 式可W得到最大視場角隨ti的變化曲線，如圖2所示。可W看到，當ti = 2.4mm時，最大視場角 達到了25°左右，此時本發(fā)明設及的分束器(AWSP)總厚度約為20mm。
[0043] 與具有相同尺寸的Savad(SP)偏光鏡（由α-ΒΒΟ制作，單板厚度為1cm，表面尺寸為 30mmX30mm，最大孔徑角為56°)比較：
[0044] 由準零程差條件可W確定SP獲取直條紋的最大視場角為1.45°。
[0045] 圖3為模擬的視場干設圖，α、β分別為視場角在XZ平面與yz平面的投影。圖3(a)對 應SP，圖3 (b)對應AWSP。可W看到，AWSP獲取直條紋的視場約為SP的17倍。
[0046] 圖4為Ad隨波長的變化曲線。虛線代表SP，實線代表AWSP?？蒞看出，與SP相比， AWSP的Ad明顯減小，運說明剪切量的色散得到了有效的抑制，可W獲取更加清晰的目標圖 像。
[0047] 圖5為AWSP光程差隨波長與入射角的變化曲面?？蒞看出，光程差隨入射角線性變 化，隨波長幾乎不變，運說明AWSP可W克服由色散引起的光程差非均勻采樣。
[0〇4引 W上內容僅為說明本發(fā)明的技術思想，不能W此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按 照本發(fā)明提出的技術思想，在技術方案基礎上所做的任何改動，均落入本發(fā)明權利要求書 的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種寬場、消色差橫向剪切雙折射分束器，其特征在于:包括沿入射光傳播方向依次 排列組成的第一單軸晶體平板（1)、第二單軸晶體平板(2)、第三單軸晶體平板(3)、第四單 軸晶體平板(4)、第五單軸晶體平板(5)以及第六單軸晶體平板(6);第一單軸晶體平板（1) 和第二單軸晶體平板(2)由YV0 4制成，厚度均為t1;第三單軸晶體平板(3)、第四單軸晶體平 板(4)由α-ΒΒΟ制成，厚度均為t 2;第五單軸晶體平板(5)和第六單軸晶體平板(6)由YV04制 成，厚度均為t3;其中，ti、t 2、t3同時滿足如下兩式：式中n。、!^分別為單軸晶體的主折射率，ληιη為探測波段的起始波長，λ〇為探測波段的中 心波長，imax為最大入射角。2. 根據權利要求1所述的寬場、消色差橫向剪切雙折射分束器，其特征在于：以主光軸 為Z軸，構建滿足右手定則的xyz直角坐標系，第一單軸晶體平板（1)、第三單軸晶體平板 (3)、第五單軸晶體平板(5)的光軸在xz平面內，第一單軸晶體平板(1)光軸與X軸平行，第三 單軸晶體平板(3)與第五單軸晶體平板(5)的光軸均與xz軸正向或負向成45°夾角；第二單 軸晶體平板(2)、第四單軸晶體平板(4)、第六單軸晶體平板(6)的光軸在yz平面內，第二單 軸晶體平板(2)的光軸平行于y軸，第四單軸晶體平板(4)與第六單軸晶體平板(6)的光軸均 與yz軸正向或負向成45°夾角。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種寬場、消色差橫向剪切雙折射分束器，該分束器由六塊單軸晶體平板沿入射光傳播方向依次拼接組成，前置兩塊厚度相等的平板由YVO4制作，光軸分別位于xz平面與yz平面，光軸均與z軸成90°夾角；中間兩塊平板厚度相等的平板由α-BBO制成，光軸分別位于xz與yz軸平面，光軸均與xz軸正向、yz軸正向成45°夾角；最后兩塊厚度相等的平板由YVO4制成，光軸分別位于xz與yz平面，光軸均與xz軸正向(或負向)、yz軸正向(或負向)成45°夾角。探測波段處于0.4μm～1μm的可見、近紅外譜段，中心波長位于0.7μm；三組平板的單板厚度分別為2.4mm、6.7mm和1.4mm，此時獲取直條紋的視場角可以達到25°，同時光程差與剪切量的色散也得到了有效的抑制。
【IPC分類】G02B1/02, G02B27/10
【公開號】CN105629485
【申請?zhí)枴緾N201610012963
【發(fā)明人】張淳民, 權乃承, 穆廷魁
【申請人】西安交通大學
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2016年1月8日