從1/4波片的對準技巧到旋轉的101種方法

2021-01-19 Thorlabs索雷博


線偏振光的電場矢量固定在一個方向,圓偏振光的電場矢量連續做圓周運動,但是我們只需要一個1/4波片就能實現兩種偏振態的相互轉換。下面是兩種已安裝1/4波片。


每個波片上都清楚地刻有快軸方向,對於1/4波片,沿慢軸偏振的光相比沿快軸偏振的光通過波片後延遲1/4波長。現在我們把線偏振光分解成兩個正交分量,一個沿快軸一個沿慢軸。旋轉波片,使入射光偏振方向與波片兩軸的夾角為45度,此時兩偏振分量的振幅相同,通過波片後變為圓偏振光,請看下方的動態圖示。



下面介紹1/4波片輸出圓偏振光的一種對準方法。雷射先通過線偏振片變成線偏振光,然後通過1/4波片變成圓偏振光。首先在光路中插入一個偏振分束鏡(PBS),用功率計測量PBS反射光的功率。旋轉偏振片,直到測量功率變到最低,此時偏振片輸出P偏振光。


-  旋轉偏振片  -

反射功率最低時,偏振片輸出P光

然後在光路中插入1/4波片,並用反射鏡使光路原路返回。此時光束應是橢圓偏振,旋轉波片,直到PBS反射光的功率達到最高(注意功率計的測量方向變化),此時波片快軸和入射偏振方向成45度角,輸出圓偏振光。

因為偏振片和波片都刻有光軸方向,據此可判斷圓偏振的旋轉方向,即左旋和右旋。但要注意的是,左旋和右旋的定義並沒有統一標準,在不同參考書中可能剛好相反。另外,Thorlabs提供由線偏振片和1/4波片粘合在一起的圓偏振片,可直接將任意偏振光變成左旋或右旋圓偏振光。



從上面的操作可以看出,旋轉調節是偏振光學元件使用中的關鍵。如果能用競技體育類比光學應用,馬賽迴旋、託馬斯迴旋、超級上旋、360度旋轉扣籃……莫不體現了旋轉的強大作用;甚至在對付魔教八槍圍攻時,脫出牢籠的向問天用的都是鐵鏈旋轉法(笑傲江湖第18回,這真是最適合端午細品的武俠 :)。如果調光路也有所謂的七種武器,旋轉安裝座必然是其中之一。



Thorlabs提供100多種旋轉產品(完整導航請點擊最下方的閱讀原文連結),以下主要介紹手動旋轉調整架中的一些特殊功能。Thorlabs一貫堅持客戶至上原則,這不只是一句口號,更體現在產品設計的每個細節,為用戶提供最方便使用的產品。


1. 零度位置可調:使零刻度線對準波片的快軸或線偏振片的偏振軸,而且零度線比較長,觀察對準更方便。代表型號有RSP1D、RSP1X15(/M)、RSP1X225(/M)和RSP2D(/M)。下圖中的操作基於RSP1X15旋轉安裝座。


/M表示公制型號

05表示SM05螺紋,兼容Ø1/2英寸元件

1表示SM1螺紋,兼容Ø1英寸元件

2表示SM2螺紋,兼容Ø2英寸元件


2. 分檔調節:雖然旋轉座一般提供360度連續旋轉,但啟用分檔調節機制後,每檔轉動15度或22.5度,只需三次或兩次就能準確調節45度。代表型號有RSP1X15(/M)和RSP1X225(/M)。下圖中的操作基於RSP1X15旋轉座。



3. SM1外螺紋:可以直接擰入SM1內螺紋組件,比如透鏡套筒、固定透鏡安裝座和籠式立方體。帶SM1外螺紋的旋轉座上沒有用於安裝接杆的螺紋孔,所以無法直接安裝接杆。


4. 兩個獨立旋轉座:緊鄰地安裝線偏振片和波片,搭建可調偏振器或光衰減器。下面為DLM1(/M)的應用圖示。



5. 在套筒裝置內獨立旋轉:下方動態圖描繪CLR1的使用方法,當波片旋轉時,套筒保持不動。



6. 高精密旋轉安裝座:360度連續旋轉,通過測微頭進行精細調節,而且帶遊標刻度,讀數更精確。提供Ø1/2英寸、Ø1英寸或Ø2英寸光學元件兼容版本,也提供捆綁偏振稜鏡安裝座的版本。


7. 六軸光學調整架:六軸調節分別為±4°俯仰/偏轉、XYZ三軸平移、360度旋轉;提供Ø1/2英寸、Ø1英寸或Ø2英寸光學元件兼容版本。



六軸光學調整架的旋轉支架上可以掛轉接件,通過壓臂夾持稜鏡。下方是鮑威爾稜鏡通過六軸光學調整架安裝和使用的裝置圖。


鮑威爾稜鏡能比柱面透鏡能生成更均勻的平頂雷射線。稜鏡通過六軸調整架安裝和調節時,準直光束可打到稜鏡屋脊的中心並垂直輸出面,生成均勻雷射線。

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