道威棱鏡的實驗觀測

Thorlabs的實驗觀測：道威棱鏡會改變偏振狀態(tài)和成像方向

我們在此給出一束光束透射通過Thorlabs的PS992和PS992M道威棱鏡后，其偏振態(tài)和旋轉(zhuǎn)態(tài)的實驗室觀測結(jié)果。我們還檢驗了由應(yīng)力引起的雙折射效應(yīng)對最終偏振態(tài)的影響。在一個偏振相關(guān)的實驗中，理解道威棱鏡如何改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)和傳播方向是十分重要的。雖然已經(jīng)知道，道威棱鏡會改變透射光的偏振態(tài)[1]，但我們還發(fā)現(xiàn)由局部應(yīng)力引起的雙折射效應(yīng)也可能會顯著改變偏振態(tài)。最后，我們針對未安裝和已安裝版本的道威棱鏡，將偏振變化的理論預(yù)測結(jié)果與測得的偏振變化進(jìn)行了對比。

我們的實驗采用HL6320G激光二極管（635 nm）作為光源。首先，激光光束最初使用兩個交叉的格蘭-泰勒偏振器（GT10-A）進(jìn)行對準(zhǔn)。第一個偏振器設(shè)定偏振軸，然后記錄第二個交叉偏振器的旋轉(zhuǎn)角度。接著，將道威棱鏡置于兩個偏振器之間，并且記錄在第二個偏振器后的光功率隨棱鏡角度的變化。此外，測量結(jié)果將用于確定偏振橢圓的半徑和方向角。測量未安裝的道威棱鏡PS992和已安裝的道威棱鏡PS992M引起的偏振改變量。我們還測試了未安裝的道威棱鏡由雙折射效應(yīng)對光束偏振態(tài)產(chǎn)生的改變。

下方的圖總結(jié)了圖像方向隨棱鏡角度變化的測量結(jié)果。雖然已經(jīng)知道，道威棱鏡常用于反轉(zhuǎn)圖像，但值得一提的是，圖像旋轉(zhuǎn)的角度是棱鏡旋轉(zhuǎn)角度的兩倍。

下方的圖總結(jié)了應(yīng)力引起的雙折射效應(yīng)對偏振態(tài)的影響的測量結(jié)果，而下方的圖總結(jié)了道威棱鏡對光束偏振態(tài)的影響，并將它與理論值進(jìn)行了對比。給出的數(shù)據(jù)針對的是未安裝和已安裝的道威棱鏡在最小應(yīng)力下的情況。當(dāng)?shù)劳忡R對圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時，光束的偏振狀態(tài)不會隨圖像一起旋轉(zhuǎn)。相反，偏振態(tài)會從線偏振轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌潭鹊臋E圓偏振。

通過道威棱鏡傳播后的偏振變化

?線偏振光入射到道威棱鏡時會變成橢圓偏振光。

?由單點接觸安裝道威棱鏡引起的應(yīng)力引起的雙折射將進(jìn)一步改變輸出偏振態(tài)。

背景

?道威棱鏡是截斷的直角棱鏡，通常用于無色散地反轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)圖像。

?道威棱鏡會為輸入光引入偏振變化 [1]，這可能會基于應(yīng)力引起的雙折射而發(fā)生變化。

?在這里，我們確認(rèn)在裸道威棱鏡內(nèi)引起應(yīng)力可以改變輸出偏振，而安裝在 SM1 上的道威棱鏡 (PS992M) 引起的偏振變化最小。

實驗裝置

?激光二極管（635 nm）與兩個交叉的格蘭泰勒偏振器對齊，在探測器處產(chǎn)生消光； 偏振軸的角度確定。

?棱鏡安裝在交叉偏振器之間，然后圍繞光軸以 22.5° 的步長旋轉(zhuǎn)。

?第二個偏振片以德威棱鏡每 22.5° 步長旋轉(zhuǎn)，以記錄最小和最大吞吐量以及相應(yīng)的偏振橢圓角度。

?重復(fù)實驗：

?裸道威棱鏡安裝在 K6A1 棱鏡平臺上，夾緊臂施加的應(yīng)力最小

?通過擰緊夾具固定螺釘一整圈，在過度應(yīng)力下安裝裸道威棱鏡

?SM1 安裝的道威棱鏡。

實驗設(shè)置 I

PS992 未安裝道威棱鏡的實驗裝置。 夾緊臂的固定螺釘（見圖）用于研究最小和過度應(yīng)力條件下的偏振狀態(tài)。

實驗設(shè)置二

安裝在 PS992M 上的道威棱鏡的實驗裝置。 該光學(xué)元件被擰入 K6X 光學(xué)安裝座。 在此配置中無法收集過多的力數(shù)據(jù)。

結(jié)果：圖像旋轉(zhuǎn)角度

?準(zhǔn)直橢圓激光二極管與虹膜切趾，形成不規(guī)則形狀。

?輸出光通過德威棱鏡傳輸，并由 CCD 攝像頭成像。

?道威棱鏡以 45° 步長旋轉(zhuǎn)，以演示輸出旋轉(zhuǎn)了兩倍的旋轉(zhuǎn)角度。

結(jié)果：應(yīng)力引起的雙折射引起的偏振變化

結(jié)果：輸出偏振比較（安裝和裸道威棱鏡）

實驗限制

?實驗以相對較大的繞光軸旋轉(zhuǎn)步長（22.5°）完成。

?僅評估具有單一入射角的光。

?道威棱鏡內(nèi)的應(yīng)力未量化，應(yīng)力引起的雙折射的數(shù)量和/或分布的任何變化都可能提供不同的結(jié)果。

?引起壓力可能不會產(chǎn)生更多的線性偏振輸出。

?偏振橢圓方位角測量精度在1°以內(nèi)。

概括

?進(jìn)行測量以確定通過道威棱鏡透射的線偏振光的偏振效應(yīng)。

?實驗結(jié)果表明，當(dāng)線偏振光以純 S 或 P 偏振以外的所有角度入射時，橢圓偏振光會離開道威棱鏡。

?棱鏡內(nèi)應(yīng)力引起的雙折射會產(chǎn)生額外的偏振效應(yīng)。

?這些結(jié)果表明，當(dāng)已知偏振狀態(tài)至關(guān)重要時，不應(yīng)使用夾臂安裝道威棱鏡。

?安裝的道威棱鏡（PS992M）的結(jié)果與未安裝的棱鏡相似，應(yīng)力最小。

?這種安裝方案是在實驗裝置中使用道威棱鏡的更好方法。