全偏振發(fā)生器

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全偏振發(fā)生器

摘要：全偏振發(fā)生器（Polarization State Generator, PSG）是一種用于產(chǎn)生特定偏振態(tài)光的裝置或系統(tǒng)核无。它廣泛應(yīng)用于光學(xué)扣唱、通信、成像、傳感等領(lǐng)域噪沙，尤其是在研究和控制光的偏振特性時(shí)具有重要作用炼彪。偏振光是電磁波中電場(chǎng)矢量方向具有一定規(guī)律的光。全偏振發(fā)生器能夠生成多種偏振態(tài)的光正歼，包括線偏振光辐马、圓偏振光、橢圓偏振光等局义，覆蓋所有可能的偏振態(tài)喜爷。它通常結(jié)合了多個(gè)光學(xué)元件，如偏振器旭咽、波片、旋光器和相位調(diào)制器等赌厅，通過調(diào)節(jié)這些元件可以靈活地控制和產(chǎn)生各種偏振態(tài)穷绵。

全偏振發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方案有多種，如基于波片特愿、電光調(diào)制器仲墨、聲光調(diào)制器、旋光材料揍障、矢量光束等的方案目养，本文我們著重介紹幾種基于波片的方案。

1.旋轉(zhuǎn)起偏器和1/4波片產(chǎn)生全偏振態(tài)

如圖1所示為旋轉(zhuǎn)起偏器和1/4波片產(chǎn)生全偏振態(tài)的示意圖,它包括一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的起偏器P,它的透光軸位于角度θ處;一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的1/4波片R,其慢軸方向位于角度φ處,這一裝置也稱作塞拿蒙(Sénarmont)補(bǔ)償器毒嫡。1/4波片前后表面的偏振電場(chǎng)矢量分別用E和E'來表示癌蚁。

X'軸平行于1/4 波片的慢軸。輸出偏振橢圓電場(chǎng)矢量E'的參數(shù)為:

圖1

由此可以看出:橢圓的主軸方向取決于1/4 波片的慢軸方向,橢圓率角在1/4波片的方位角和起偏器的方位角之間變化兜畸。因此,可以通過旋轉(zhuǎn)整個(gè)裝置得到偏振橢圓長(zhǎng)軸的任意方向,通過改變起偏器相對(duì)于 1/4 波片的角度獲得任意橢圓率角,例如橢圓率角φ-θ必須為45°,才能得到右旋圓偏振光(ε'=π/4)努释。由于這個(gè)發(fā)生器可以產(chǎn)生任意偏振態(tài)的光束,所以稱為全偏振態(tài)發(fā)生器。

2.旋轉(zhuǎn)起偏器和可變波片產(chǎn)生全偏振態(tài)

如圖2所示為另一種偏振光發(fā)生器的光學(xué)裝置咬摇。起偏器P和可變波片R固定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)體上,起偏器的透光軸和波片的慢軸之間的夾角為45°伐蒂。例Babinet-Soleil 補(bǔ)償器、Berek補(bǔ)償器肛鹏、液晶電池或電光晶體都可以作為可變波片,它們的相位差可以調(diào)節(jié)逸邦。可變波片與起偏器一起旋轉(zhuǎn),若起偏器的透光軸為θ,則可變波片的慢軸方向角為θ+45在扰÷萍酰可變波片前后表面的偏振電場(chǎng)矢量分別表示為E和E'。

圖2

當(dāng)φ=45°時(shí),可以定義輸出偏振橢圓電場(chǎng)矢量E'的參數(shù):

由此可見,輸出光束的橢圓率角等于相位差的1/2,橢圓的主軸沿起偏器的透光軸芒珠。例如:如果可變波片為半波片,則輸出光束為右旋圓偏振光烛卧。

3.通過起偏器和兩個(gè)可變波片產(chǎn)生全偏振態(tài)

上面提到的偏振光發(fā)生器都需要一個(gè)或兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的光學(xué)元件,而Yamaguchi 和 Hasunuma提出了一種全偏振態(tài)發(fā)生器的裝置,它不需要任何的機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置。圖3為Yamaguchi-Hasunuma 補(bǔ)償器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,包含兩個(gè)可變波片。采用兩個(gè)液品電池LCA和LCB作為可變波片,它們的相位差α和β可以通過電壓進(jìn)行控制总放。相對(duì)于起偏器透光軸的方向,LCA和LCB的方向分別為45°和0°,液晶電池前后表面的偏振電場(chǎng)矢量分別表示為E1呈宇、E1’、E2和E2’局雄。當(dāng)然我們也可以采用上面提到的任意可變波片來代替液晶電池甥啄。

圖3

偏振橢圓E2的形狀和方向可以來定義為

相應(yīng)的偏振參數(shù)和也可以計(jì)算得到

第二個(gè)可變波片引入的相位差為β,因此,出射光E2’的輔助角和相位差分別為

由此可見,出射光X和Y偏振分量的振幅由α控制,而X和Y偏振分量的相位差由β控制。所以通過控制作用于LCA和LCB的電壓,可以得到任意偏振態(tài)的輸出光炬搭。

全偏振發(fā)生器的全偏振發(fā)生器的使用可以精確控制和操縱光的偏振特性蜈漓，有很多典型應(yīng)用包括：偏振測(cè)量、光學(xué)實(shí)驗(yàn)宫盔、偏振成像融虽、光通信系統(tǒng)、傳感技術(shù)等灼芭，因此在現(xiàn)代光學(xué)和相關(guān)技術(shù)中是一個(gè)關(guān)鍵工具有额。

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