Применение призм полного внутреннего отражения для управления поляризацией мощного излучения

Для управления поляризацией мощного излучения экономически выгодно использовать более дешевые, серийно выпускаемые оптические элементы – призмы ПВО. Формула (2.15) показывает, что для создания четвертьволнового сдвига фаз достаточно двух полных внутренних отражений. Так призма ПВО, используемая как ретроотражатель, при определенной пространственной ориентации уже является эквивалентом четвертьволновой пластинки, но с обращением направления распространения излучения (что также часто бывает выгодно). Однако существует дополнительное ограничение на материал призмы, что иллюстрирует рис.2.2. Из рисунка видно, что при падении на ретроотражатель не по нормали (а это требуется для осуществления определенного сдвига фаз при ПВО), один из двух ПВО осуществляется при α = 45° – Δα, а другой – при α = 45° + Δα, поэтому согласно выражению (2.15) четвертьволновой сдвиг фаз δ_λ/4 = δ₁ + δ₂ = π/2 происходит при

(2.16)

где δ_1,2 – сдвиги фаз при первом и втором ПВО в ретроотражателе. Используя эти формулы находим наименьший показатель преломления стекла n _{ст min} = 1.5534, при котором осуществляется четвертьволновой сдвиг фаз, т.е. нельзя использовать ретроотражатели из легкого крона и крона марок ниже БК10. Стекло марки БК10 – наиболее удобный материал для фазосдвигающих элементов, т.к. для него угол Δα близок к нулю, и можно осуществлять нормальное падение на призмы ПВО.

		Рис.2.2. Оптическая схема ретроотражателя ПВО

Использование для эквивалента четвертьволновой пластинки двух уголковых отражателей (с одним ПВО в каждом) устраняет описанное выше ограничение на материал призмы, однако при этом повышаются потери на отражение (появляются две лишних границы раздела), поэтому нужно использовать просветление входной и выходной грани призмы. Последнее становится еще более важным при осуществлении эквивалента полуволновой пластинки – необходимое удвоение сдвига фаз (по сравнению с четвертьволновым) вызывает удвоение числа оптических элементов. На рис.2.3 представлены возможные оптические схемы моноблоков на основе четырех уголковых отражателей и двух ретроотражателей (грань ПВО не имеет просветляющего покрытия), являющихся эквивалентами полуволновой пластинки в силовой оптике.

При использовании материалов с большим показателем преломления (в оптике среднего ИК диапазона) возможно осуществление четвертьволнового сдвига и при одном ПВО. Например, для материала ZnSe с показателем преломления 2.4 зависимость сдвига фаз от угла падения на грань ПВО, подобная приведенной на рис.2.1, достигает своего максимума, равного именно δ_λ/4 = π/2, при угле падения 33°, т.е. вместо четвертьволновой пластинки можно использовать один уголковый отражатель из ZnSe с углом падения на него около 30°, либо можно спроектировать равнобедренную призму с углом при основании 33° для нормального падения на нее (необходимо просветление для устранения потерь на отражение (1.6)).