偏振光栅的衍射角度及衍射效率测量
发布时间:2020-07-15 18:09:18 编辑:麓帮主 阅读次数:147

偏振光栅是一种基于入射光的偏振态实现选择性分光的衍射光学元件,衍射角度取决于光栅线数。通过控制入射光的偏振态,偏振光栅能够调控正一阶和负一阶之间的能量分布。当入射光束偏振态不同时,偏振光栅具有不同的衍射特性。

理想的偏振光栅:

  • >> 当入射光为右旋圆偏振光时,只有+1级衍射光,衍射光为左旋圆偏振光。

  • >> 当入射光为左旋圆偏振光时,只有-1级衍射光,衍射光为右旋圆偏振光。

  • >> 当入射光为非圆偏振光时,偏振光栅同时有+1级和-1级衍射光,+1级衍射光为左旋圆偏振光,-1级衍射光为右旋圆偏振光,尤其当入射光为椭圆偏振光时,两级衍射光束光强比值与入射光椭偏度相关。

实际的偏振光栅会存在除±1级以外的其他衍射光,但其他各级衍射光的能量占比小于4%。

 

衍射角度的测量

 

理想情况下,正入射时,根据光栅方程:

其中,d为光栅常数,θ为衍射角度,m为光栅级次,λ为波长,可求出相应周期各级主极大的位置。
       对于偏振光栅,主要能量都集中在±1级,定义+1或-1的偏转角度为光栅的衍射角度。

光栅到接受屏的距离为L,±1级光斑之间的距离为D,根据三角关系,±1级光的偏转角度θ可由下式计算:

θ即为光栅的衍射角度。
 

衍射效率的测量

 

入射光是线偏振光时,定义光栅的衍射效率为:

入射光是圆偏振光时,定义光栅的衍射效率为:

除+1级和-1级外还有其他衍射级的光,但能量特别低,其中影响最大的是0级光,因此在实际测量时,可忽略高级次的衍射光,根据0级衍射光斑光强的最小/大值来测量光栅样品对应的最大/小衍射效率。
衍射效率的测量有两种方法。因入射光的偏振方向会在一定程度上影响光栅的衍射效率,所以在光栅样品前放置相应波长的波片,用来改变入射光的偏振态。
>> 方法一

激光器的出射光为线偏振光时,正入射条件下,旋转二分之一波片,改变入射光的偏振方向。以偏振方向与光栅栅线方向垂直时为0°,旋转二分之一波片使偏振方向改变180°,偏振方向每改变10°记录一次衍射效率。

>> 方法二

激光器的出射光为线偏光时,正入射条件下,旋转四分之一波片,使四分之一波片的快轴方向和偏振方向成45°和-45°,得到左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,分别记录此时的出射光衍射效率。

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