什么是偏振棱镜?一种从起偏到分束的光学精密元件
在光学系统中,偏振棱镜是实现光偏振态控制的核心元件,广泛应用于激光加工、光学测量、成像技术等领域。根据功能差异,偏振棱镜主要分为偏振起偏棱镜(用于提取单一偏振光)和偏振分束棱镜(用于分离不同偏振态的光)。本文将解析四种典型棱镜的工作原理与特性,揭示其在精密光学中的独特价值。

一、偏振起偏棱镜:纯净偏振光的“过滤器”
1.格兰·激光偏振棱镜(Glan-LaserPrism)
格兰·激光棱镜由两块光轴平行的负单轴晶体(如方解石或α-BBO)胶合而成,胶合面镀有折射率介于晶体寻常光(o光,振动方向垂直光轴)和非寻常光(e光,振动方向平行光轴)之间的涂层。当光垂直入射时,o光与e光在第一块晶体中无偏折传播,但到达胶合面时,o光因从光密介质(\(n_o\))射向光疏介质(\(n\)),当入射角超过临界角时发生全反射,被棱镜侧壁吸收;而e光因折射率匹配,无偏折通过棱镜,输出高纯度线偏振光。
特点:结构紧凑,适用于可见光至红外波段,但胶合层耐功率较低,适合中低功率激光系统。
2.格兰·泰勒偏振棱镜(Glan-TaylorPrism)
格兰·泰勒棱镜的原理与格兰·激光棱镜相似,但摒弃了胶合层,改用空气隙分离两块晶体(边缘夹垫片固定),并在棱镜直角面涂覆吸光涂层。当o光到达分界面时,因空气隙的折射率(\(n=1\))远小于\(n_o\),全反射条件更易满足,反射的o光被吸光层吸收,而e光保持平行出射。
优势:空气隙设计避免了胶合剂的热损伤问题,可承受千瓦级高功率激光,且α-BBO材料在紫外至中红外波段透过率优异,成为高功率激光系统的首选。
二、偏振分束棱镜:偏振光的“分离器”
3.沃拉斯顿偏振棱镜(WollastonPrism)
沃拉斯顿棱镜由两块光轴垂直的负单轴晶体(如方解石)胶合或光胶而成。入射光垂直第一块晶体光轴入射时,o光与e光共线传播但振动方向正交(o光⊥光轴,e光∥光轴)。进入第二块晶体后,因光轴旋转90°,原o光在第二块晶体中变为e光),原e光变为o光。由于,原o光(现e光)折射角减小(向下偏折),原e光(现o光)折射角增大(向上偏折),最终两束光以对称角度分离,偏折角与晶体材料和棱镜底角)相关。
应用:常用于需要分离两束正交偏振光的场景,如光学干涉仪、偏振成像系统。
4.洛匈偏振棱镜(RochonPrism)
洛匈棱镜结构与沃拉斯顿棱镜相似,但第一块晶体的光轴与入射光方向平行,此时o光与e光折射率相同,无偏折共线传播。进入第二块晶体(光轴垂直于第一块)后,原e光(振动方向∥第一块光轴)在第二块晶体中变为o光(振动方向⊥第二块光轴),折射率发生偏折;而原o光(振动方向⊥第一块光轴)在第二块晶体中仍为e光(振动方向∥第二块光轴),折射率为,因方向不变无偏折。最终仅原e光发生单侧偏折,分离角度与波长、材料楔角相关。
特点:入射光与光轴平行时无初始双折射,适合特定角度入射的偏振分束,如激光束的偏振态分析。
三、选型指南:材料与场景的匹配
波长范围:方解石适用于可见光至近红外(400-2300nm),α-BBO则覆盖紫外(190nm)至中红外(3500nm),后者在深紫外光刻中不可或缺。
功率承受:格兰·泰勒的空气隙设计优于胶合结构,适合高功率激光加工(如光纤激光器);沃拉斯顿和洛匈的胶合面需避免强光直接照射。
分束需求:对称分束选沃拉斯顿,单侧偏折选洛匈;起偏场景中,格兰·泰勒的高功率耐受性更优。
偏振棱镜的设计巧妙利用了晶体双折射与全反射原理,通过光轴取向、材料匹配和结构优化,实现了偏振光的高效操控。从激光精密加工到尖端科研仪器,这些“光学魔法师”持续推动着光技术的边界,其创新迭代也将伴随新材料(如新型晶体、超表面涂层)的发展而不断突破。
-
硅光、光模块与CPO的关联及核心特性分析
硅光、光模块、CPO这些高频出现的技术术语,背后承载着数据传输效率突破的核心逻辑。从传统通信网络到新一代数据中心,光传输技术的每一次革新都离不开材料、结构与封装方式的突破。本文将带你走进光传输技术的核心圈层,揭秘硅光技术如何推动光模块从分立组装走向共封装时代,以及这条进化之路上的关键突破与未来方向。
2025-12-31
-
铋基钙钛矿展现强非线性光学响应,推动全光器件发展
近日,燕山大学与南开大学联合研究团队在无铅钙钛矿非线性光学材料领域取得重要突破。相关成果以《空间自相位调制铋基钙钛矿的强非线性响应及其全光应用》为题,发表于国际知名期刊Laser&PhotonicsReviews(2025,19(8):2401929)。该研究不仅系统揭示了有机–无机杂化铋基钙钛矿在可见光波段的优异三阶非线性光学性能,还成功演示了其在全光开关与全光二极管等关键光子器件中的实际应用潜力。
2025-12-31
-
光学三大核心元件:平面镜、凸透镜与凹透镜的原理及应用探析
从日常梳妆的镜面反射到航天探测的精密成像,从视力矫正的光学器具到芯片制造的光刻技术,光学元件已深度融入人类生产生活与尖端科技领域。平面镜、凸透镜、凹透镜作为光学系统的三大核心基石,其基于光的反射与折射规律的工作机制,构建了现代光学技术的基础框架。本文将系统阐述三者的物理原理、设计规范、应用场景及发展趋势,展现基础光学元件的科学价值与技术魅力。
2025-12-31
-
TriAngle激光束准直:一看就懂的高精度光学校准方案
激光在工业加工(切割、焊接)、医疗设备(激光手术仪)、科研实验等场景中,都需要“走得直、聚得准”。如果激光束跑偏、发散,要么加工出来的产品不合格,要么医疗操作有风险,实验数据也会出错。
传统的激光校准靠人工慢慢调,又费时间又容易出错,环境稍微变一点(比如温度、振动)就不准了。而TriAngle是专门解决这个问题的设备,能让激光校准变得简单、快速又精准。2025-12-30
