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(jié)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(yōu)勢和劣勢。選擇合適的分束鏡是靈敏實驗系統(tǒng)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(shù)進(jìn)行完整的分析和對比。

我們的實驗使用HRS015穩(wěn)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(shè)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(dāng)?shù)奶綔y器上。在該配置下，測量通過光學(xué)元件的總功率、偏振態(tài)、分光比和入射角效應(yīng)。

下方的曲線總結(jié)了三種分束鏡的測量結(jié)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。總功率為分離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(jié)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(qiáng)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(jìn)行比較時，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性。

實驗設(shè)計

?穩(wěn)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(zhuǎn)臺上。

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

?從每個象限內(nèi)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(jié)果：立方體和平板分束鏡的比較

?在這里，我們根據(jù)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(yù)期的分光比，但會改變偏振狀態(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(qiáng)烈依賴于入射角。

結(jié)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(jié)果。

?防護(hù)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(zhuǎn)。 還有跨越四個象限的大范圍測量。

?我們還發(fā)現(xiàn)了測量值的空間依賴性，其中一半的防護(hù)膜提供了與另一半不同的可重復(fù)測量值

實驗限制

?每個象限只記錄一次測量，我們假設(shè)各個象限內(nèi)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(shè)涂層批次之間沒有變化。

?只測量偏振橢圓的旋轉(zhuǎn)，不測量偏振的線性度。

概括

?進(jìn)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?nèi)肷淇臻g和角度。

?實驗結(jié)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(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(qiáng)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(jìn)行比較時，測量結(jié)果也存在空間依賴性。

?這些結(jié)果表明，在選擇分束鏡類型時應(yīng)考慮輸出光的光學(xué)特性。