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。我們還檢驗了由應力引起的雙折射效應對最終偏振態(tài)的影響。在一個偏振相關的實驗中，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)由局部應力引起的雙折射效應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測結(jié)果與測得的偏振變化進行了對比。

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）進行對準。第一個偏振器設定偏振軸，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)了應力引起的雙折射效應對偏振態(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力下的情況。當?shù)劳忡R對圖像進行旋轉(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力引起的雙折射將進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]，這可能會基于應力引起的雙折射而發(fā)生變化。

?在這里，我們確認在裸道威棱鏡內(nèi)引起應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的偏振橢圓角度。

?重復實驗：

?裸道威棱鏡安裝在 K6A1 棱鏡平臺上，夾緊臂施加的應力最小

?通過擰緊夾具固定螺釘一整圈，在過度應力下安裝裸道威棱鏡

?SM1 安裝的道威棱鏡。

實驗設置 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力條件下的偏振狀態(tài)。

實驗設置二

安裝在 PS992M 上的道威棱鏡的實驗裝置。 該光學元件被擰入 K6X 光學安裝座。 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)的應力未量化，應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

?進行測量以確定通過道威棱鏡透射的線偏振光的偏振效應。

?實驗結(jié)果表明，當線偏振光以純 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)應力引起的雙折射會產(chǎn)生額外的偏振效應。

?這些結(jié)果表明，當已知偏振狀態(tài)至關重要時，不應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。