非偏振分束镜实验观测

Thorlabs实验观测：不同分束镜性能比较

我们给出的是同一束光分别通过Thorlabs的分束片、分束立方体和薄膜分束镜后，偏振角、分光比和总功率的实验室测量结果。虽然所有非偏振分束镜功能相似，但是不同类型的分束镜具有不同的性能。每种分束镜与其它类型相比，都有其优势和劣势。选择合适的分束镜是灵敏实验系统的基本要求。我们将对三种常用非偏振分束镜的光学参数进行完整的分析和对比。

我们的实验使用HRS015稳定型HeNe激光器作为光源。使用一线偏振片将激光光束的偏振轴设置为45°，从而使等量的S偏振光和P偏振光入射在分束镜上。然后，将各分束镜放置到光路中，并将分离的两束光入射到适当的探测器上。在该配置下，测量通过光学元件的总功率、偏振态、分光比和入射角效应。

下方的曲线总结了三种分束镜的测量结果。从曲线中可以清楚地看出每种分束镜的性能差异。左图比较了通过每种分束镜后的总功率。总功率为分离的两束光的功率之和占输入功率的百分比。分束片和薄膜分束镜的性能非常类似，而分束立方体则具有更大的吸收率。另外，左图还说明总功率受入射角影响相对较小。中图概括了每种分束镜的输出偏振角。通过立方体的反射光和透射光的偏振角最为接近，而分束片的两输出偏振角差异最大。右图是每种分束镜的分光比的测量结果，分光比为反射光和透射光占输入功率的百分比。从图中可以看出，分束片具有最/理想的50/50分光比。

具有入射角的分束镜的输出光学特性

?平板分束镜提供最佳的通光量和分光比，偏振角变化大。

?立方分束镜提供足够的通光量并保持偏振角，但分光比强烈依赖于入射角。

?薄膜分束镜提供最佳通光量，分光比和偏振角变化大。 将薄膜的一半与另一半进行比较时，测量中存在空间相关性。

背景

?非偏振分束镜通常用于将光束的功率分成两路。

?有多种分束镜类型可用，包括立方体、平板和薄膜配置，但很少提供有关每种类型输出光的光学特性的信息。

?在这里，我们研究了空间和入射角对 50:50 立方体、50:50 板和 45:55 薄膜分束镜的通光量、分光比和输出偏振的依赖性。

实验设计

?稳定的 HeNe 激光器 (633 nm) 与隔离器和线性偏振器对齐，方向为 45°，以提供等量的 S 和 P 偏振光。

?每个1″分束镜（立方体、平板和薄膜）被分成四个象限并安装在一个旋转台上。

?两个偏光器，一个优化阻挡S偏振，一个优化阻挡P偏振，用于记录分束镜双臂输出的偏振光量。

?从每个象限内的最佳入射角记录的 -4°、2°、0°、2° 和 4° 角的带和不带偏振器的功率测量（见下图）。

结果：立方体和平板分束镜的比较

?在这里，我们根据入射角比较了 50:50 立方体和 50:50 平板分束镜的通光量、分光比和合成偏振角。

?平板分束镜提供最佳通光量和接近预期的分光比，但会改变偏振状态。

?立方分束镜提供足够的通光量并保持入射光的偏振角，但分束比强烈依赖于入射角。

结果：薄膜分束镜

?在这里，我们展示了与 45:55 (R:T) 薄膜分束镜相同的测量结果。

?防护膜提供了最佳通光量，但分光比取决于入射角，并且两个输出的偏振角都旋转。 还有跨越四个象限的大范围测量。

?我们还发现了测量值的空间依赖性，其中一半的防护膜提供了与另一半不同的可重复测量值

实验限制

?每个象限只记录一次测量，我们假设各个象限内测量的空间依赖性最小。

?仅测试单一波长（633 nm）的光。

?只评估了一个立方体、平板和薄膜分束镜，我们假设涂层批次之间没有变化。

?只测量偏振椭圆的旋转，不测量偏振的线性度。

概括

?进行测量以评估通过 50:50 立方体、50:50 板和 45:55 薄膜分束镜传播的光的通光量、分光比和偏振角，同时改变入射空间和角度。

?实验结果表明：

?平板分束镜提供了最佳的通光量和分光比，但观察到偏振角发生了很大变化。

?立方分束镜提供足够的通光量并保持偏振角，但分束比强烈依赖于入射角。

?薄膜分束镜提供了最佳通光量，但观察到分光比和偏振角有很大变化。 将薄膜的一半与另一半进行比较时，测量结果也存在空间依赖性。

?这些结果表明，在选择分束镜类型时应考虑输出光的光学特性。