道威棱镜的实验观测

Thorlabs的实验观测：道威棱镜会改变偏振状态和成像方向

我们在此给出一束光束透射通过Thorlabs的PS992和PS992M道威棱镜后，其偏振态和旋转态的实验室观测结果。我们还检验了由应力引起的双折射效应对最终偏振态的影响。在一个偏振相关的实验中，理解道威棱镜如何改变入射光的偏振态和传播方向是十分重要的。虽然已经知道，道威棱镜会改变透射光的偏振态[1]，但我们还发现由局部应力引起的双折射效应也可能会显著改变偏振态。最后，我们针对未安装和已安装版本的道威棱镜，将偏振变化的理论预测结果与测得的偏振变化进行了对比。

我们的实验采用HL6320G激光二极管（635 nm）作为光源。首先，激光光束最初使用两个交叉的格兰-泰勒偏振器（GT10-A）进行对准。第一个偏振器设定偏振轴，然后记录第二个交叉偏振器的旋转角度。接着，将道威棱镜置于两个偏振器之间，并且记录在第二个偏振器后的光功率随棱镜角度的变化。此外，测量结果将用于确定偏振椭圆的半径和方向角。测量未安装的道威棱镜PS992和已安装的道威棱镜PS992M引起的偏振改变量。我们还测试了未安装的道威棱镜由双折射效应对光束偏振态产生的改变。

下方的图总结了图像方向随棱镜角度变化的测量结果。虽然已经知道，道威棱镜常用于反转图像，但值得一提的是，图像旋转的角度是棱镜旋转角度的两倍。

下方的图总结了应力引起的双折射效应对偏振态的影响的测量结果，而下方的图总结了道威棱镜对光束偏振态的影响，并将它与理论值进行了对比。给出的数据针对的是未安装和已安装的道威棱镜在最小应力下的情况。当道威棱镜对图像进行旋转时，光束的偏振状态不会随图像一起旋转。相反，偏振态会从线偏振转变为不同程度的椭圆偏振。

通过道威棱镜传播后的偏振变化

?线偏振光入射到道威棱镜时会变成椭圆偏振光。

?由单点接触安装道威棱镜引起的应力引起的双折射将进一步改变输出偏振态。

背景

?道威棱镜是截断的直角棱镜，通常用于无色散地反转或旋转图像。

?道威棱镜会为输入光引入偏振变化 [1]，这可能会基于应力引起的双折射而发生变化。

?在这里，我们确认在裸道威棱镜内引起应力可以改变输出偏振，而安装在 SM1 上的道威棱镜 (PS992M) 引起的偏振变化最小。

实验装置

?激光二极管（635 nm）与两个交叉的格兰泰勒偏振器对齐，在探测器处产生消光； 偏振轴的角度确定。

?棱镜安装在交叉偏振器之间，然后围绕光轴以 22.5° 的步长旋转。

?第二个偏振片以德威棱镜每 22.5° 步长旋转，以记录最小和最大吞吐量以及相应的偏振椭圆角度。

?重复实验：

?裸道威棱镜安装在 K6A1 棱镜平台上，夹紧臂施加的应力最小

?通过拧紧夹具固定螺钉一整圈，在过度应力下安装裸道威棱镜

?SM1 安装的道威棱镜。

实验设置 I

PS992 未安装道威棱镜的实验装置。 夹紧臂的固定螺钉（见图）用于研究最小和过度应力条件下的偏振状态。

实验设置二

安装在 PS992M 上的道威棱镜的实验装置。 该光学元件被拧入 K6X 光学安装座。 在此配置中无法收集过多的力数据。

结果：图像旋转角度

?准直椭圆激光二极管与虹膜切趾，形成不规则形状。

?输出光通过德威棱镜传输，并由 CCD 摄像头成像。

?道威棱镜以 45° 步长旋转，以演示输出旋转了两倍的旋转角度。

结果：应力引起的双折射引起的偏振变化

结果：输出偏振比较（安装和裸道威棱镜）

实验限制

?实验以相对较大的绕光轴旋转步长（22.5°）完成。

?仅评估具有单一入射角的光。

?道威棱镜内的应力未量化，应力引起的双折射的数量和/或分布的任何变化都可能提供不同的结果。

?引起压力可能不会产生更多的线性偏振输出。

?偏振椭圆方位角测量精度在1°以内。

概括

?进行测量以确定通过道威棱镜透射的线偏振光的偏振效应。

?实验结果表明，当线偏振光以纯 S 或 P 偏振以外的所有角度入射时，椭圆偏振光会离开道威棱镜。

?棱镜内应力引起的双折射会产生额外的偏振效应。

?这些结果表明，当已知偏振状态至关重要时，不应使用夹臂安装道威棱镜。

?安装的道威棱镜（PS992M）的结果与未安装的棱镜相似，应力最小。

?这种安装方案是在实验装置中使用道威棱镜的更好方法。