激光技術作為現(xiàn)代光學工程的核心領域，其性能提升依賴于對光場特性的精確調(diào)控。偏振態(tài)作為光的基本屬性之一，在激光加工、精密測量、通信等領域具有關鍵作用。偏振棱鏡作為實現(xiàn)光偏振態(tài)操控的核心光學元件，其設計原理與應用場景的研究對于提升激光系統(tǒng)性能具有重要意義。

    一、偏振棱鏡的工作原理與分類
    （一）雙折射晶體的物理基礎
    偏振棱鏡的工作原理基于雙折射晶體的光學各向異性。當光入射到雙折射晶體時，會分解為尋常光（o光）和非尋常光（e光），兩者在晶體中的傳播速度和偏振方向存在差異。通過設計晶體的幾何結構和光軸方向，可以實現(xiàn)對o光和e光的選擇性操控。
    （二）典型偏振棱鏡類型
    1.格蘭-泰勒棱鏡（Glan-TaylorPrism）
    采用空氣隙結構分離兩塊α-BBO晶體，避免了膠合劑在高功率激光下的熱損傷問題。該棱鏡在190nm-3500nm波段內(nèi)具有高透過率和高消光比，適用于千瓦級脈沖激光加工。
    2.沃拉斯頓棱鏡（WollastonPrism）
    通過正交分束特性將入射光分離為兩束振動方向垂直的線偏振光，分束角與晶體楔角正相關。在邁克爾遜干涉儀中，其對稱分束特性可構建高精度干涉基準。
    3.洛匈棱鏡（RochonPrism）
    當入射光沿光軸方向入射時，僅對e光產(chǎn)生偏折，而o光保持原方向。該特性可用于激光束的偏振純度檢測，量化偏振消光比。

    二、偏振棱鏡在激光技術中的應用場景
    （一）高功率激光加工
    在工業(yè)激光切割與焊接中，格蘭-泰勒棱鏡通過全反射濾除非目標偏振態(tài)，將激光能量集中于單一偏振方向。實驗數(shù)據(jù)表明，采用該棱鏡后，1000W光纖激光的偏振消光比從800:1提升至5000:1，銅箔切割邊緣粗糙度從50μm降至15μm。
    （二）精密測量與傳感
    1.激光干涉儀
    沃拉斯頓棱鏡的對稱分束特性可構建干涉儀的參考臂與測量臂，實現(xiàn)納米級位移分辨率。在表面輪廓測量中，其相位差檢測精度可達0.1nm。
    2.光纖傳感
    結合保偏光纖，沃拉斯頓棱鏡可構建分布式應力傳感器。通過監(jiān)測兩偏振態(tài)光的相位差變化，實現(xiàn)管道泄漏的毫米級定位。
    （三）激光通信與成像
    1.偏振分束復用（PDM）
    偏振分束棱鏡將正交偏振態(tài)作為獨立信道，在1550nm通信波段實現(xiàn)單波長雙倍數(shù)據(jù)傳輸。華為星地激光通信終端采用該技術，鏈路容量從10Gbps提升至20Gbps。
    2.偏振成像
    洛匈棱鏡分離目標反射光的o光與e光，構建偏振度（DoP）和偏振角（AoP）圖像。在遙感成像中，該技術可檢測偽裝目標，金屬物體的偏振特征差異達30%以上。

    三、技術選型與發(fā)展趨勢
    （一）選型核心指標

    （二）技術發(fā)展方向
    1.超表面涂層優(yōu)化
    沉積亞波長結構涂層可將分束角調(diào)控精度從0.1°提升至0.01°，滿足精密干涉儀的相位匹配需求。
    2.集成化微納結構
    基于MEMS技術制備毫米級偏振棱鏡陣列，適配芯片級激光雷達（LiDAR）的陣列化光束操控。
    3.新型晶體材料
    探索YVO?、MgF?等雙折射晶體的溫度穩(wěn)定性（熱膨脹系數(shù)＜5×10??/°C），解決高功率下的熱致雙折射漂移問題。

    偏振棱鏡作為激光技術中偏振態(tài)操控的核心元件，其性能直接影響系統(tǒng)的精度與可靠性。隨著光纖激光器功率密度的提升和激光雷達固態(tài)化的發(fā)展，偏振棱鏡的設計正從單一元件優(yōu)化轉向系統(tǒng)級協(xié)同創(chuàng)新。未來，結合超材料設計與智能化控制，偏振棱鏡將在精密光學設備加工、遙感探測等領域發(fā)揮更大作用，推動激光技術邁向新的精度維度。

    （本文參考文獻：
    1.GB/T15313-2008激光術語標準
    2.激光相干偏振合成方法及其系統(tǒng)（發(fā)明專利）
    3.PolarizingRectangularPrismUsedinLaserTechniques（PubMed）
    4.全球工業(yè)激光市場發(fā)展報告（2023））