非偏振分束鏡實(shí)驗(yàn)觀測(cè)

Thorlabs實(shí)驗(yàn)觀測(cè)：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(yàn)室測(cè)量結(jié)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(shì)和劣勢(shì)。選擇合適的分束鏡是靈敏實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本要求。我們將對(duì)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(duì)比。

我們的實(shí)驗(yàn)使用HRS015穩(wěn)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(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(cè)器上。在該配置下，測(cè)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(yīng)。

下方的曲線(xiàn)總結(jié)了三種分束鏡的測(cè)量結(jié)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。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(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(duì)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(cè)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(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(cè)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(duì) 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(yàn)設(shè)計(jì)

?穩(wěn)定的 HeNe 激光器 (633 nm) 與隔離器和線(xiàn)性偏振器對(duì)齊，方向?yàn)?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(zhuǎn)臺(tái)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(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(cè)量（見(jiàn)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(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(qiáng)烈依賴(lài)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(cè)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(gè)輸出的偏振角都旋轉(zhuǎn)。 還有跨越四個(gè)象限的大范圍測(cè)量。

?我們還發(fā)現(xiàn)了測(cè)量值的空間依賴(lài)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(cè)量值

實(shí)驗(yàn)限制

?每個(gè)象限只記錄一次測(cè)量，我們假設(shè)各個(gè)象限內(nèi)測(cè)量的空間依賴(lài)性最小。

?僅測(cè)試單一波長(zhǎng)（633 nm）的光。

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

?只測(cè)量偏振橢圓的旋轉(zhuǎn)，不測(cè)量偏振的線(xiàn)性度。

概括

?進(jìn)行測(cè)量以評(píng)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?nèi)肷淇臻g和角度。

?實(shí)驗(yàn)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(lài)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(shí)，測(cè)量結(jié)果也存在空間依賴(lài)性。

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