非偏振分束鏡實(shí)驗觀(guān)測

非偏振分束鏡實(shí)驗觀(guān)測

Thorlabs實(shí)驗觀(guān)測：不同分束鏡性能比較

我們給出的是同一束光分別通過(guò)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(shí)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(lèi)型的分束鏡具有不同的性能。每種分束鏡與其它類(lèi)型相比，都有其優(yōu)勢和劣勢。選擇合適的分束鏡是靈敏實(shí)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(xué)參數進(jìn)行完整的分析和對比。

我們的實(shí)驗使用HRS015穩定型HeNe激光器作為光源。使用一線(xiàn)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(guò)光學(xué)元件的總功率、偏振態(tài)、分光比和入射角效應。

下方的曲線(xiàn)總結了三種分束鏡的測量結果。從曲線(xiàn)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(guò)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(lèi)似，而分束立方體則具有更大的吸收率。另外，左圖還說(shuō)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(guò)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(xué)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(lài)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(jìn)行比較時(shí)，測量中存在空間相關(guān)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(lèi)型可用，包括立方體、平板和薄膜配置，但很少提供有關(guān)每種類(lèi)型輸出光的光學(xué)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(lài)性。

實(shí)驗設計

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

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

?兩個(gè)偏光器，一個(gè)優(yōu)化阻擋S偏振，一個(gè)優(yōu)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(gè)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(jiàn)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(huì )改變偏振狀態(tài)。

?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(lài)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(gè)輸出的偏振角都旋轉。 還有跨越四個(gè)象限的大范圍測量。

?我們還發(fā)現了測量值的空間依賴(lài)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(shí)驗限制

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

?僅測試單一波長(cháng)（633 nm）的光。

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

?只測量偏振橢圓的旋轉，不測量偏振的線(xiàn)性度。

概括

?進(jìn)行測量以評估通過(guò) 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(shí)改變入射空間和角度。

?實(shí)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(guān)察到偏振角發(fā)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(lài)于入射角。

?薄膜分束鏡提供了最佳通光量，但觀(guān)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(jìn)行比較時(shí)，測量結果也存在空間依賴(lài)性。

?這些結果表明，在選擇分束鏡類(lèi)型時(shí)應考慮輸出光的光學(xué)特性。