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偏振分光棱镜原理 基于偏振分光棱镜的高精度偏振分光系

2018-02-13 23:42:42 来源:时时资讯 编辑:诗诗

导读:偏振分光棱镜原理书 书第 43 卷 第 12 期 中 国 激 光 Vol.43 , No.122016 年 12 月CHINESEJ OURNALOFLASERSDecember , 2016基于偏振分光棱镜的高精度偏振分光系统罗 敬 1 刘 东 1 徐沛拓 1 白 剑 1 刘 崇 1

因此,所提出在PBS的反射通道和透射通道各放置一片偏振片,如图1所示。调整两偏振片的透光轴方向,使得反射通道的偏振片1对P光的透射率最小(对S光的透射率最大),透射通道的偏振片2对S光的透射率最小(对P光的透射率1210001 - 2中 国 激 光最大),两个出射通道的偏振串扰均被最大程度地抑制。设所添加偏振片的极大透射率和极小透射率(入射光的偏振方向与偏振片的透光轴平行即为极大透射率,垂直则为极小透射率)分别为 T max 和 T min ,其消光比为 E = T max / T min 。 添加偏振片后,反射通道和透射通道探测器记录的强度比为IbRIbT= ηR ( I p R p · T min + I s R s · T max )η T (I p T p · T max + I s T s · T min )。 (3 ) 同 样,首 先 需 要 利 用 自 然 光 进 行 系 统 定 标,得 到 反 射 通 道 和 透 射 通 道 出 射 光 的 光 强 比 为G ·( R s E + R p )/( T s + T p E )。

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结合( 3 )式可以得到反演强度比 V b 为V b =IbRIbT·T s + T p EG ( R s E + R p )= Rp + V 0 R s ET p E + V 0 T s ·T s + T p ER s E + R p ,(4 )式中 E 为偏振片的消光比, G 为增益比且 G = η R /η T 。为了便于计算和比较,将前面提到的入射光强度比 V 0 以及反演强度比 V a 和 V b 都换算成dB,即珚V 0 =10log 10 ( V 0 )珚V a =10log 10 ( V a )珚V b =10log 10 ( V b烅烄烆)。 (5 ) 定义偏振分光误差 Φ 为Φ =珚V i - 珚 V 0珚V 0×100% , (6 )式中 珚 V i 为偏振分光系统测得的反演强度比, i = a 表示仅由PBS构成的偏振分光系统, i = b 是指由PBS和偏振片构成的偏振分光系统。结合(4 ) ~ ( 6 )式,由PBS和偏振片构成的偏振分光系统的偏振分光误差为Φ b =log 101+ V 0 E RV 0 + V 0 E R ·1+ E TV 0 + E( )Tlog 10 ( V 0 )×100% , (7 )式中 E R 和 E T 分别为该偏振分光系统反射通道和透射通道的消光比,且 E R = E · R s / R p , E T = E · T p / T s,其中 R s / R p 和 T p / T s 分别为PBS反射通道和透射通道的消光比。

图1所示的偏振分光系统的反射通道和透射通道的消光比 E R 和 E T 是相互独立的(两出射通道可以添加不同消光比的偏振片),将(7 )式中的偏振分光误差 Φ b 对 E R 和 E T 分别求偏导,计算发现两个偏导数均为负数。这表明偏振分光系统的消光比越大,偏振分光误差越小。因此,只要所添加偏振片的消光比 E>1,就能够增大该偏振分光系统两个出射通道的消光比,进而减小偏振分光误差,提高偏振分光精度。所添加偏振片的消光比越大,偏振分光精度越高。需要特别强调的是,由偏振分光系统得到的反演强度比也可以是透射通道与反射通道出射光强的比值,此时 V 0 相应的是入射光中P光与S光的强度比,即 V 0 = Ip / I s ,同理增益比 G = η T / η R 。这两种表示方式本质上没有区别,不会影响计算结果。3 仿真验证为了直观地说明前面的分析结果,下面进行数值仿真。仿真中,根据现有常用 PBS 的光学参数,设定T p =0.96 , R p =1- T p , R s =0.999 , T s =1- R s ,所添加偏振片的消光比 E =1000 。 在不同偏振态入射光的情况下,多个偏振分光系统的反演强度比的变化曲线如图2 ( a )所示。

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