一種新的Lyot型雙折射�(diào)諧濾光片
石英晶體波片的延遲量對入射傾角有很大的敏感�,利用波片的這一特�,從普通的Lyot型雙折射濾光片的基本原理出發(fā),設計了一種新的Loyt型雙折射�(diào)諧濾光片。調(diào)諧的方法是使石英波片繞平行于光軸的軸向轉�。理論和實驗證明這一設計有較好的可調(diào)�,可調(diào)范圍比較�。比普通的加入λ/4波片和�/2波片的Lyot型雙折射�(diào)�濾光�簡化了結�、降低了成本�
Lyot型濾光片是法國物理學家LYOT為了天文研究的需�,特別是為了觀察太陽的日珥和日冕而發(fā)明的單色雙折射濾光片。由于雙折射濾光片可被設計成具有大視場角、窄通帶、良好的抗光損傷能力等獨特的光學特性的器件,因此,在許多領域仍有其它濾光片不可替代的作�。Lyot濾光片是根據(jù)晶體的雙折射效應和偏振光的干涉原理而設計的[1]。對它調(diào)諧的方法有很多種[2],可以用改變溫度的方法,使濾光片中的每塊晶片的厚度和雙折射率�(fā)生變�,從而引起透射波長的變�;為了獲得一個更寬的�(diào)諧范�,可以用兩塊楔形晶體代替濾光片中的每一塊雙折射晶體,當楔形板相對于另一塊滑動時,晶體的厚度就�(fā)生變�,從而引起透射波長的變�;
TITLE和ROSENGERG在Lyot濾光片中插入了�/4波片和�/2波片,從而使�(diào)諧變得簡單可行了。這些方法都是從Lyot濾光片的原理出發(fā),達到對光的調(diào)�,但是需要控制溫�,�?qū)w進行重新加工,或加入新的器�,且對于溫控的方法可調(diào)諧的范圍不大。本文中同樣從普通的Lyot型雙折射濾光片的基本原理出發(fā),利用波片延遲量對入射傾角的敏感性[3],使波片繞平行于光軸的軸向轉動,從而實�(xiàn)對光的調(diào)�,簡化了結�,降低了成�,具有�(diào)諧范圍寬、調(diào)諧方便等�(yōu)點。利用石英晶體晶片延遲量對入射傾角的敏感性作�(diào)諧濾光片的設計迄今尚未見報道�
1 Lyot型雙折射濾光片的原理
Lyot濾光片是根據(jù)晶體的雙折射效應和偏光干涉原理而設計的。它的結構原理如�1所示。圖�, P1和P2是偏光鏡, L1是光軸平行于晶體表面切割的石英晶�,兩偏光鏡P1和P2的偏振面是互相平行的,L1的光軸方向與兩偏光鏡P1和P2的偏振面�45°。非線偏振光�(jīng)過P1后成為線偏振�,垂直入射到石英晶片L1表面�,由于L1是平行于光軸切割的雙折射片所�,入射光在進入石英片后,�(chǎn)生平行于光軸振動的非常光(e�)與垂直于光軸振動的尋常光(o�),它們再沿同一方向傳播,但由于兩光在晶體�(nèi)的傳播速度不同,所以從石英片出射后, o光和e光的相位是不同的,其延遲量�:Δδ=2π(ne-no)d/λ,此時,雖然o光和e光是來自同一條光�,且沿同一方向傳播,但振動方向卻相互垂直,故不能發(fā)生干涉。當它們通過P2�, o光和e光二振動方向平行,因而能�(chǎn)生干�。濾光片的透射比由下式?jīng)Q定[3]:
T =cos2(δ/2) (1)
可見,對一定波長的光�,對應一定的δ�,若使δ取某一相應的�,T便可取得最大�;對于不同的波長的�,要使其透射最�,則必須改變�,因此達到�(diào)諧性能。當d=5mm�,Lyot濾光片的理論透射曲線見圖2�
2 繞平行于光軸的軸向轉動波�
下面從理論上討論繞平行于光軸的軸向轉動波�, o光和e光位相差δ的變化情��
�3是厚度為d、波片晶體光軸垂直紙面時,繞平行于光軸的軸向轉動波片的情況。在此情況下,光線由空氣斜入射到波�, o光和e光都滿足菲涅耳定律[4]: sinθ=sinθono=sinθene,式中,no和ne為晶體的主折射率�
通過計算,可得o光和e光的光程差為:
3 可調(diào)諧濾光片
從Lyot�(diào)諧濾光片的基本原理出�(fā),結合石英波片繞平行于光軸的軸向轉動使相位延遲的變�,設計�(diào)諧濾光片的結構見�4�
�(1)��(3)式得可調(diào)諧濾光片的透射比為:
從公式可以看�,對一定波長的光�,對應一定的δ�,若使δ取某一相應的�,T便可取得最大�;對于不同的波長的�,要使其透射比最�,則必須改變�,因此達到�(diào)諧性能�
以石英晶體為�,其厚度為5mm,�5是濾光片透射曲線,其中實線為�=0°時濾光片透射曲線,虛線為�=12°時濾光片透射曲線。從圖可以看�,當θ發(fā)生變化時透射光的波長也隨之而改�,從而達到調(diào)諧的目的�
為了檢驗理論的正確�,采用島津UV23101PC型分光光度計對該結構的雙折射�(diào)諧濾光片進行了測�。測試中使用的波片的厚度�322. 8μm,�1064nm處是λ/2的石英波�。測試得到的�(diào)諧濾光片的透射曲線見圖6,其中實線為�=0°時濾光片透射曲線,虛線為�=14°時濾光片透射曲線。由結果可以看出實驗與理論符合得很好�
4 結論
利用波片延遲量對入射傾角的敏感性所設計的Lyot雙折射濾光片具有較好的可�(diào)�,可調(diào)范圍比較寬。對于單級Lyot可調(diào)濾光片來�,它的通帶半寬度較�,這是其最大的缺憾,如果希望得到較窄的帶�,必須采用多級的辦法來實現(xiàn)。感謝宋連科老師和郝殿中老師在實驗和�(shù)�(jù)處理中給予的幫助�