Монопризменный поляризатор для лазерного излучения повышенной мощности

Давыдов Б.Л. Монопризменный поляризатор для лазерного излучения повышенной мощности // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 6. С. 33–42. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-06-33-42

Davydov B.L. Single-prism polarizer for laser emission with higher power [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 6. P. 33–42. http://doi.org/ 10.17586/1023-5086-2022-89-06-33-42

B. L. Davydov, "Single-prism polarizer for laser emission with higher power," Journal of Optical Technology. 89(6), 332-338 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000332

Предмет исследования. Рассматривались свойства нового призменного поляризатора-анализатора лазерного (оптического) излучения повышенной мощности. Поляризатор разработан на основе двулучепреломляющего кристалла в виде одиночной монопризмы полного внутреннего отражения с поперечным треугольным сечением. Исследовались спектральные зависимости геометрий этого сечения в плоскости преломления для выбранных двух материалов поляризаторов. Цель. Создание поляризатора в виде одиночного моноэлементного прибора, способного функционировать при лазерных пучках повышенной мощности, сохраняющего исходное направление распространения излучения при минимальных оптических потерях и без анаморфирования поперечного сечения пучка. Метод. Путём математического моделирования исследовано прохождение излучения через оптически анизотропную кристаллическую призму произвольного треугольного сечения. Использованы известные уравнения Снеллиуса, составленные для преломлений и полного внутреннего отражения излучения на гранях анизотропной призмы. На основе полученных решений рассчитаны спектральные зависимости угловых конструктивных параметров призменных поляризаторов при условиях соблюдения коллинеарности входного и выходного лучей, а также их преломлений на входных и выходных гранях под углами Брюстера. Выполнен анализ энергетических потерь и спектральных диапазонов работы призменных поляризаторов из двух выбранных кристаллических материалов с наперед заданной геометрией. Основные результаты. Разработан и исследован новый призменный поляризатор, ключевой особенностью которого является анизотропное полное внутреннее отражение оптического излучения от одной из граней двулучепреломляющей монопризмы при брюстеровских преломлениях на входной и выходной гранях. Установлено, что прибор характеризуется минимальными оптическими потерями, коллинеарностью (или коаксиальностью) неполяризованного и поляризованного пучков при отсутствии анаморфотного искажения поперечного сечения выходного p-пучка. Показано, что применительно к практически симметричным призмам, для которых различия конструктивных углов и углов Брюстера составляют 3−7°, эффект анаморфизма сечения пучка будет пренебрежимо мал. Определены спектральные диапазоны функционирования прибора для нескольких конкретных конструкций. Установлена слабая зависимость спектральных полос от выбранных ориентаций кристалла поляризатора, что выражается в симметричности полученных характеристик. Показано, что для получения максимально широких спектральных полос в ближней и средней ИК областях, наиболее целесообразно использовать призмы, выполненные из кристаллов YVO4. На основе анализа результатов угловых отклонений углов падения от углов Брюстера определены угловые допуски на расходимость падающих пучков. Показано, что прибор может быть использован и в наблюдательной оптике в качестве своеобразного анизотропного аналога известной изотропной призмы Дове, отличающегося от последней способностью видеть изображение в «идеально» плоско-поляризованном свете. Практическая значимость. Представленная одноэлементная конструкция призменного поляризатора с брюстеровскими входной и выходной гранями позволяет применять прибор для поляризации (или поляризационного анализа) более мощных лазерных пучков, чем это возможно с помощью многокомпонентных стандартных поляризаторов.