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        技術文章

        非偏振分束鏡實驗觀測

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        非偏振分束鏡實驗觀測


        Thorlabs實驗觀測:不同分束鏡性能比較

        我們給出的是同一束光分別通過Thorlabs的分束片、分束立方體和薄膜分束鏡后,偏振角、分光比和總功率的實驗室測量結果。雖然所有非偏振分束鏡功能相似,但是不同類型的分束鏡具有不同的性能。每種分束鏡與其它類型相比,都有其優勢和劣勢。選擇合適的分束鏡是靈敏實驗系統的基本要求。我們將對三種常用非偏振分束鏡的光學參數進行完整的分析和對比。

        我們的實驗使用HRS015穩定型HeNe激光器作為光源。使用一線偏振片將激光光束的偏振軸設置為45°,從而使等量的S偏振光和P偏振光入射在分束鏡上。然后,將各分束鏡放置到光路中,并將分離的兩束光入射到適當的探測器上。在該配置下,測量通過光學元件的總功率、偏振態、分光比和入射角效應。

        下方的曲線總結了三種分束鏡的測量結果。從曲線中可以清楚地看出每種分束鏡的性能差異。左圖比較了通過每種分束鏡后的總功率??偣β蕿榉蛛x的兩束光的功率之和占輸入功率的百分比。分束片和薄膜分束鏡的性能非常類似,而分束立方體則具有更大的吸收率。另外,左圖還說明總功率受入射角影響相對較小。中圖概括了每種分束鏡的輸出偏振角。通過立方體的反射光和透射光的偏振角最為接近,而分束片的兩輸出偏振角差異最大。右圖是每種分束鏡的分光比的測量結果,分光比為反射光和透射光占輸入功率的百分比。從圖中可以看出,分束片具有最/理想的50/50分光比。


        具有入射角的分束鏡的輸出光學特性

        ?平板分束鏡提供最佳的通光量和分光比,偏振角變化大。

        ?立方分束鏡提供足夠的通光量并保持偏振角,但分光比強烈依賴于入射角。

        ?薄膜分束鏡提供最佳通光量,分光比和偏振角變化大。 將薄膜的一半與另一半進行比較時,測量中存在空間相關性。


        背景

        ?非偏振分束鏡通常用于將光束的功率分成兩路。

        ?有多種分束鏡類型可用,包括立方體、平板和薄膜配置,但很少提供有關每種類型輸出光的光學特性的信息。

        ?在這里,我們研究了空間和入射角對 50:50 立方體、50:50 板和 45:55 薄膜分束鏡的通光量、分光比和輸出偏振的依賴性。


        實驗設計

        ?穩定的 HeNe 激光器 (633 nm) 與隔離器和線性偏振器對齊,方向為 45°,以提供等量的 S 和 P 偏振光。

        ?每個1″分束鏡(立方體、平板和薄膜)被分成四個象限并安裝在一個旋轉臺上。

        ?兩個偏光器,一個優化阻擋S偏振,一個優化阻擋P偏振,用于記錄分束鏡雙臂輸出的偏振光量。

        ?從每個象限內的最佳入射角記錄的 -4°、2°、0°、2° 和 4° 角的帶和不帶偏振器的功率測量(見下圖)。


        結果:立方體和平板分束鏡的比較

        ?在這里,我們根據入射角比較了 50:50 立方體和 50:50 平板分束鏡的通光量、分光比和合成偏振角。

        ?平板分束鏡提供最佳通光量和接近預期的分光比,但會改變偏振狀態。

        ?立方分束鏡提供足夠的通光量并保持入射光的偏振角,但分束比強烈依賴于入射角。


        結果:薄膜分束鏡

        ?在這里,我們展示了與 45:55 (R:T) 薄膜分束鏡相同的測量結果。

        ?防護膜提供了最佳通光量,但分光比取決于入射角,并且兩個輸出的偏振角都旋轉。 還有跨越四個象限的大范圍測量。

        ?我們還發現了測量值的空間依賴性,其中一半的防護膜提供了與另一半不同的可重復測量值



        實驗限制

        ?每個象限只記錄一次測量,我們假設各個象限內測量的空間依賴性最小。

        ?僅測試單一波長(633 nm)的光。

        ?只評估了一個立方體、平板和薄膜分束鏡,我們假設涂層批次之間沒有變化。

        ?只測量偏振橢圓的旋轉,不測量偏振的線性度。

        概括

        ?進行測量以評估通過 50:50 立方體、50:50 板和 45:55 薄膜分束鏡傳播的光的通光量、分光比和偏振角,同時改變入射空間和角度。

        ?實驗結果表明:

        ?平板分束鏡提供了最佳的通光量和分光比,但觀察到偏振角發生了很大變化。

        ?立方分束鏡提供足夠的通光量并保持偏振角,但分束比強烈依賴于入射角。

        ?薄膜分束鏡提供了最佳通光量,但觀察到分光比和偏振角有很大變化。 將薄膜的一半與另一半進行比較時,測量結果也存在空間依賴性。

        ?這些結果表明,在選擇分束鏡類型時應考慮輸出光的光學特性。



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