石英楔消偏器教程

2023-02-16 09:11:16, 韵翔光电江阴韵翔光电技术有限公司

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石英楔消偏器教程

输出光束偏振态的空间周期性

使用线偏振态的单色光源时，可以很容易观察偏振镜片输出光偏振态的空间周期性。线偏振单色光束的束腰直径必须大于6毫米才能产生这种空间周期性。为了观察到这个效应，将DPU消偏振镜置于光路中，光束入射到消偏振镜的较厚的楔片上，且光束的传播方向与该楔片垂直。

为了探测光束的空间周期性，应在DPU消偏振镜的出射光束后面放置一个线性起偏器（检偏器）。如下图的伪彩色图所示，强度变化变成带状的。这是由于偏振态旋转到的角度与厚楔片的斜面垂直的任意直线方向一致。下面讨论了几个不同入射及消偏振角度情况下的例子。

实例1:

在第一个例子中，采用波长为635纳米、束腰直径为20毫米的线偏振光作为光源。光束入射到消偏振镜的较厚的楔片上，且光束的传播方向与该楔片垂直。光束的偏振态与较厚楔片的光（快）轴方向一致。薄楔片的光轴与入射光的偏振态及厚楔片的光轴均成45度角。这种情况下，楔片的斜面也与入射光的偏振态平行。

图1给出了入射光的偏振态方向，以及厚、薄楔片的光轴方向。红色表示入射光的偏振方向，蓝色表示厚楔片的光轴方向，绿色表示薄楔片的光轴方向。消偏振镜的上表面（蓝色实线）与厚楔片的光轴垂直。消偏振镜的侧表面（蓝色点画线）与薄楔片的光轴垂直。

图2所示的是空间相关的偏振角度的理论曲线。该伪彩色图显示的DPU消偏振镜出射光的偏振角度，入射光具有上面描述的特性。

伪彩色图中的带状代表了从完全水平轴方向（与入射光的偏振态垂直）到完全竖直轴方向（与入射光的偏振态平行）中不同区域偏振态的变化。在这种情况下，两种偏振态的分离大约为2毫米。带状的方向总是与厚楔片的光轴垂直，同时也与入射光的偏振态垂直。

图例

图1. 入射光的偏振态与厚楔片的光轴平行。

图2. 与厚楔片光轴平行的线偏振光透过消偏振镜后的伪彩色图计算结果。

实例2:

在这个例子中，应用同样的线偏振光作为光源，只是光束偏振态的方向平行于薄楔片的光轴，即与厚楔片的光轴成45度角。入射光的偏振态方向，以及厚、薄楔片的光轴方向如图1所示。红色表示入射光的偏振方向，蓝色表示厚楔片的光轴方向，绿色表示薄楔片子的光轴方向。消偏振镜的上表面（蓝色实线）与厚楔片的光轴垂直。消偏振镜的侧表面（蓝色点画线）与薄楔片的光轴垂直。

图4显示了光束通过DPU消偏振镜后的偏振方向计算结果。如图2所示，伪彩色图中的带状代表了空间相关的偏振状态。注意带状的方向与厚楔片的光轴方向（楔片的斜面方向）垂直。入射光的偏振方向对带状方向不起作用。

旋转入射光的偏振方向只会影响带状的具体偏振，比较图2与图4中竖轴上0毫米处的带很容易就能得到这个结论。图2中，0毫米处为45度，图4中，0毫米处为90度。

图3. 入射光的偏振态与薄楔片的光轴平行。

图4. 与薄楔片光轴平行的线偏振光透过消偏振镜后的伪彩色图计算结果。

实例3:

在最后的例子中，入射光的特性与例1中相同。旋转DPU消偏振镜45度，得到的入射光偏振方向与薄楔片的光轴方向平行，如图5所示。入射偏振（红色箭头）仍然入射到厚楔片上；但是它与薄楔片的平面垂直。

伪彩色图6所示的是上述入射光通过DPU消偏振镜片后的计算结果。图2与图4中的带状方向明显不同。45度的倾斜是因为带状恰好垂直于厚楔片的光轴与斜面。

图5. 入射光的偏振态与薄楔片的光轴平行与楔平面成45度。

图6. 与薄楔片光轴平行的线偏振光45度角透过楔平面后的伪彩色图计算结果。

下方曲线图比较了使用液晶聚合物（LCP）图案化消偏器和我们的石英楔消偏器可实现的偏振度（DOP）。相比于石英楔消偏器，LCP图案化消偏器随着入射角变化展示出更好的性能稳定性，并且可对更小直径的光束进行消偏，对于激光应用尤其有效。相比之下，石英楔消偏器表面质量更好，损伤阈值更高。它们也对椭圆和圆偏光的消偏展示出更好性能。

石英与液晶聚合物

偏振度vs光束尺寸

DPP25-A是LCP消偏器，DPU-25-A是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用一个532 nm的CPS532激光二极管模块进行(1 nm FWHM带宽)。

DPP25-B是LCP消偏器，DPU-25-B是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用一个780nm的CPS192激光二极管模块进行(1 nm FWHM带宽)。

DPP25-C是LCP消偏器，DPU-25-C是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用一个1310 nm的MCLS1-1310激光二极管模块进行(1 nm FWHM带宽)。

偏振度vs波长

DPP25-A是LCP消偏器，DPU-25-A是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用3种不同激光器的3种波长进行，激光的光束尺寸为Ø4 mm：405 nm (CPS405, 1 nm FWHM带宽)，532 nm (CPS532，1 nm FWHM带宽)，和633 nm (HRS015，< 10 pm FWHM带宽）。

DPP25-B是LCP消偏器，DPU-25-B是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用3种不同激光器的3种波长进行，激光的光束尺寸为Ø4 mm：670 nm (CPS186, 1 nm FWHM带宽)，780 nm (CPS192，1 nm FWHM带宽)，和980 nm (CPS980，1 nm FWHM带宽)。

DPP25-C是LCP消偏器，DPU-25-C是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用3种不同激光器的3种波长进行，激光的光束尺寸为Ø4 mm：1064 nm (1.5 nm FWHM带宽)，1310 nm (MCLS1-1310，1 nm FWHM带宽)，和1550 nm (上一代TLS001-1550，T-Cube™, 1 nm FWHM带宽)。

消偏器透过率

DPP25-A是LCP消偏器，DPU-25-A是Thorlabs的一种石英楔消偏器。

DPP25-B是LCP消偏器，DPU-25-B是Thorlabs的一种石英楔消偏器。

DPP25-C是LCP消偏器，DPU-25-C是Thorlabs的一种石英楔消偏器。

偏振度vs.入射角

DPP25-A是LCP消偏器，DPU-25-A是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用一个532 nm的CPS532激光二极管模块(1 nm FWHM带宽)以及Ø1 mm的光束尺寸进行。

DPP25-B是LCP消偏器，DPU-25-B是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用一个780 nm激光二极管模块(CPS192, 1 nm FWHM带宽)以及Ø1 mm的光束尺寸进行。

DPP25-C是LCP消偏器，DPU-25-C是Thorlabs的一种石英楔消偏器。该测试用一个1310 nm的MCLS1-1310激光二极管模块(1 nm FWHM带宽)以及Ø1 mm的光束尺寸进行。

偏振度vs旋转角度

下面的曲线图为随着消偏器旋转时偏振度的变化实例。实际性能会因消偏器的不同而有所差异，差异取决于LCP图案的对准以及入射光照射在消偏器上的位置。将消偏器围绕垂直于其表面的轴旋转确实会造成性能上的一些变动，但整体而言，对于一束Ø0.5 mm的光，LCP消偏器仍然比石英楔的设计提供更小的偏振度。B膜消偏器和C膜消偏器具有类似结果。

上方曲线图为消偏器的性能随着它旋转的曲线图。该测试利用一个532 nm CPS532激光二极管模块进行(1 nm FWHM带宽)，光束尺寸为Ø0.5 mm。对于楔形石英消偏器，0° 对应于标记了厚楔块的快轴的切割边缘。对于LCP消偏器，0° 对应于平行快轴方向线。