一種分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器，尤其是分束比和兩束輸出光的偏振態(tài)都是獨立可調(diào)。
【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)領(lǐng)域尤其是量子光學(xué)領(lǐng)域，將一束光分成兩束光的分束器在實驗中是常用的儀器，如在測量兩個光子的時間差、單光子源的量子特性、量子延遲干涉實驗、雙光子干涉等實驗中都是必備的光學(xué)元器件，分束器的性質(zhì)直接決定著這些實驗的結(jié)果。同時現(xiàn)在量子通信技術(shù)蓬勃發(fā)展，對于可調(diào)分束比和輸出偏振態(tài)可調(diào)的分束器也有很大的需求?，F(xiàn)有的分束器一般采用金屬膜或者介質(zhì)膜以及光柵等元件來實現(xiàn)，這些元器件一旦做好，其分束比、輸出光偏振態(tài)都已確定，難以滿足在實際應(yīng)用過程中要求分束比和輸出態(tài)可變的要求，所以設(shè)計分束比和輸出光偏振態(tài)連續(xù)可變的分束器對于科學(xué)研宄和工程應(yīng)用具有重要的意義。
[0003]現(xiàn)有的實現(xiàn)分束比連續(xù)可變的分束器方案要么比較復(fù)雜，要么需要特殊制造光學(xué)元器件才能實現(xiàn)，并且不能實現(xiàn)任意偏振態(tài)的輸出。中國專利“連續(xù)可變分束比分束器”(專利號:95239630.0)利用半波片和福斯特棱鏡只能得到偏振方向相互垂直的光，并且分束比需要進行實際測量通過計算才能得到。中國專利“比例可調(diào)分束器”(專利號:200420114530.0)利用鍍有高反射膜的棱鏡來進行分束也不能獨立控制輸出光的偏振態(tài)。中國專利“具有連續(xù)分束比的分束器”(申請?zhí)?201410355139.8)利用全息光柵來進行分束的裝置比較復(fù)雜，實現(xiàn)起來比較困難。
[0004]以上具有連續(xù)分束比的分束器存在的問題有其分束比需要通過實際測量才能得出，并且輸出光的偏振態(tài)不可以單獨控制，而且一部分方案在實驗室中實現(xiàn)起來比較麻煩，不利于分束器在量子光學(xué)和量子信息的實驗和應(yīng)用中實際使用。本發(fā)明通過組合實驗中常用的偏振片、半波片和偏振分束器就可以得到一種分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器，不僅使用方便，所采用的光學(xué)元器件也是一般光學(xué)實驗中常備的元器件，也便于一般實驗室按照本發(fā)明來進行組合使用，具有很大的實用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決分束器在分束過程中分束比和輸出光偏振態(tài)連續(xù)可調(diào)的需求，而提出的一種基于偏振片、半波片和偏振分束器的分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器。
[0006]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]一種分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器，包括線偏振片、第一半波片、偏振分束片、第二半波片和第三半波片，入射光束依次通過線偏振片、第一半波片至偏振分束片分成透射光和反射光兩束，其中透射光經(jīng)過第二半波片出射，反射光經(jīng)過第三半波片出射；所述的第一半波片、第二半波片、第三半波片均可以沿光軸方向獨立旋轉(zhuǎn)角度。
[0008]上述分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器中，線偏振片的透射方向為水平方向，偏振分束片將入射光分束成水平偏振光和豎直偏振光。
[0009]上述分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器中，分束器在第一半波片、第二半波片、第三半波片對應(yīng)位置處均設(shè)置有可測量旋轉(zhuǎn)角度的刻度。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011](I)本發(fā)明的分束器可通過旋轉(zhuǎn)各級半波片實現(xiàn)分束器的分束比連續(xù)可調(diào)，同時兩束輸出光的偏振態(tài)獨立可調(diào)，實現(xiàn)多參數(shù)光束的輸出。
[0012](2)本發(fā)明的分束器在第一半波片、第二半波片、第三半波片對應(yīng)位置處均設(shè)置有可測量旋轉(zhuǎn)角度的刻度，分束比可以通過半波片讀數(shù)算出，輸出光的偏振可以通過半波片的讀數(shù)直接得到，方便了使用。
[0013](3)本發(fā)明的分束器采用光學(xué)元件組合形成，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，具有較強的應(yīng)用推廣前景。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明所述分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0015]圖中:1-線偏振片，2-半波片，3-偏振分束器，4-半波片，5-半波片。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0017]本發(fā)明的基本思想是結(jié)合偏振片、半波片和偏振分束器對光的作用實現(xiàn)一種分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器。利用偏振片將光變成水平偏振光，然后通過半波片改變光的偏振與偏振分束器的夾角從而控制該分束器的分束比；在偏振分束器兩個輸出端口分別放一個半波片控制輸出光的偏振；基于三個偏振片的讀數(shù)就可以不通過測量光強將該組合分束器的分束比算出，同時也能直接得到輸出光的偏振態(tài)。
[0018]如圖1所示，一種分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器，包括線偏振片1、第一半波片2、偏振分束片3、第二半波片4和第三半波片5，入射光束依次通過線偏振片1、第一半波片2至偏振分束片3分成透射光和反射光兩束，其中透射光經(jīng)過第二半波片4出射，反射光經(jīng)過第三半波片5出射；所述的第一半波片2、第二半波片4、第三半波片5均可以沿光軸方向獨立旋轉(zhuǎn)角度，且在第一半波片2、第二半波片4、第三半波片5對應(yīng)位置處均設(shè)置有可測量旋轉(zhuǎn)角度的刻度。
[0019]在圖1中，入射光經(jīng)過線偏振片I之后變成水平偏振光，光強記為1(0)，然后再通過讀數(shù)為θ2的第一半波片2，其中這個Θ 2是第一半波片2光軸與水平方向夾角，是獨立可調(diào)的，光通過一個角度為Θ 2的半波片后，光的偏振與入射前光的偏振的夾角變?yōu)? Θ 2。然后這束光通過偏振分束器，分成強度分別為I (O) sin2 (2 Θ 2)和I (O) cos2 (2 Θ 2)的水平偏振光和豎直偏振光，此時可以計算出該分束器的分束比為I (O) sin2 (2 θ2)/I (O) cos2 (2 θ2)=tan2(2 02)，因為02的值是可以直接讀出的，三角正切函數(shù)tan(2 Θ 2)的可以通過查詢?nèi)呛瘮?shù)表或者通過普通的科學(xué)計算器就可以得到，這樣這個組合分束器的分束比就可以通過第一半波片2的讀數(shù)得到。
[0020]在偏振分束器的兩個輸出端口，透射光為水平偏振，其強度為I (O) sin2 (2 Θ 2)，通過讀數(shù)為Θ 4的第二半波片4后，其偏振態(tài)變?yōu)榕c水平夾角為2 Θ 4的偏振光。偏振分束器3的反射光為豎直偏振，其強度為I (O) cos2 (2 Θ 2)，通過讀數(shù)為Θ 5的第三半波片5后，其偏振態(tài)變成為與水平夾角為90° +2 Θ 5的偏振光。因為第二半波片4和第三半波片5的讀數(shù)都是獨立可調(diào)的，因此兩束光的輸出偏振態(tài)也是獨立可調(diào)的。
[0021]實施方案I
[0022]當θ2=45°，Θ 4=45°，Θ 5= 0°時，該組合分束器的分光比為1: 1，輸出光的偏振態(tài)都是豎直偏振光。
[0023]實施方案2
[0024]當θ2=30°，Θ 4= 15°，Θ 5=0°時，該組合分束器的分光比為1: 3，透射光是與水平夾角為30°的偏振光，反射光是與水平夾角為90°度的偏振光。
[0025]實施方案3
[0026]當θ2=10。，Θ 4=45。，Θ 5=45。時，該組合分束器的分光比約為3:100，透射光是豎直偏振態(tài)的偏振光，反射光是水平偏振態(tài)的偏振光。
【主權(quán)項】
1.一種分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器，其特征在于:包括線偏振片(1)、第一半波片(2)、偏振分束片(3)、第二半波片(4)和第三半波片(5)，入射光束依次通過線偏振片(I)、第一半波片(2)至偏振分束片(3)分成透射光和反射光兩束，其中透射光經(jīng)過第二半波片(4)出射，反射光經(jīng)過第三半波片(5)出射；所述的第一半波片(2)、第二半波片(4)、第三半波片(5)均可以沿光軸方向獨立旋轉(zhuǎn)角度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器，其特征在于:所述線偏振片(I)的透射方向為水平方向，所述偏振分束片(3)將入射光分束成水平偏振光和豎直偏振光。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器，其特征在于:分束器在第一半波片(2)、第二半波片(4)、第三半波片(5)對應(yīng)位置處均設(shè)置有可測量旋轉(zhuǎn)角度的刻度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分束比連續(xù)可調(diào)和任意偏振態(tài)輸出的分束器，包括線偏振片、第一半波片、偏振分束片、第二半波片和第三半波片，入射光束依次通過線偏振片、第一半波片至偏振分束片分成透射光和反射光兩束，其中透射光經(jīng)過第二半波片出射，反射光經(jīng)過第三半波片出射；所述的第一半波片、第二半波片、第三半波片均可以沿光軸方向獨立旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明的分束器可通過旋轉(zhuǎn)各級半波片實現(xiàn)分束器的分束比連續(xù)可調(diào)，同時兩束輸出光的偏振態(tài)獨立可調(diào)，實現(xiàn)多參數(shù)光束的輸出，并具有結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，具有較強的應(yīng)用推廣前景。
【IPC分類】G02B27/28
【公開號】CN104965309
【申請?zhí)枴緾N201510445665
【發(fā)明人】劉建彬, 周宇, 鄭淮斌, 陳輝, 袁園, 杜磊, 徐卓
【申請人】西安交通大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月27日