全偏振发生器

正文

全偏振发生器

摘要：全偏振发生器（Polarization State Generator, PSG）是一种用于产生特定偏振态光的装置或系统。它广泛应用于光学、通信、成像、传感等领域，尤其是在研究和控制光的偏振特性时具有重要作用。偏振光是电磁波中电场矢量方向具有一定规律的光。全偏振发生器能够生成多种偏振态的光，包括线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光等，覆盖所有可能的偏振态。它通常结合了多个光学元件，如偏振器、波片、旋光器和相位调制器等，通过调节这些元件可以灵活地控制和产生各种偏振态。

全偏振发生器的实现方案有多种，如基于波片、电光调制器、声光调制器、旋光材料、矢量光束等的方案，本文我们着重介绍几种基于波片的方案。

1.旋转起偏器和1/4波片产生全偏振态

如图1所示为旋转起偏器和1/4波片产生全偏振态的示意图,它包括一个可旋转的起偏器P,它的透光轴位于角度θ处;一个可旋转的1/4波片R,其慢轴方向位于角度φ处,这一装置也称作塞拿蒙(Sénarmont)补偿器。1/4波片前后表面的偏振电场矢量分别用E和E'来表示。

X'轴平行于1/4 波片的慢轴。输出偏振椭圆电场矢量E'的参数为:

图1

由此可以看出:椭圆的主轴方向取决于1/4 波片的慢轴方向,椭圆率角在1/4波片的方位角和起偏器的方位角之间变化。因此,可以通过旋转整个装置得到偏振椭圆长轴的任意方向,通过改变起偏器相对于 1/4 波片的角度获得任意椭圆率角,例如椭圆率角φ-θ必须为45°,才能得到右旋圆偏振光(ε'=π/4)。由于这个发生器可以产生任意偏振态的光束,所以称为全偏振态发生器。

2.旋转起偏器和可变波片产生全偏振态

如图2所示为另一种偏振光发生器的光学装置。起偏器P和可变波片R固定在一个旋转体上,起偏器的透光轴和波片的慢轴之间的夹角为45°。例Babinet-Soleil 补偿器、Berek补偿器、液晶电池或电光晶体都可以作为可变波片,它们的相位差可以调节。可变波片与起偏器一起旋转,若起偏器的透光轴为θ,则可变波片的慢轴方向角为θ+45。可变波片前后表面的偏振电场矢量分别表示为E和E'。

图2

当φ=45°时,可以定义输出偏振椭圆电场矢量E'的参数:

由此可见,输出光束的椭圆率角等于相位差的1/2,椭圆的主轴沿起偏器的透光轴。例如:如果可变波片为半波片,则输出光束为右旋圆偏振光。

3.通过起偏器和两个可变波片产生全偏振态

上面提到的偏振光发生器都需要一个或两个旋转的光学元件,而Yamaguchi 和 Hasunuma提出了一种全偏振态发生器的装置,它不需要任何的机械旋转装置。图3为Yamaguchi-Hasunuma 补偿器的结构简图,包含两个可变波片。采用两个液品电池LCA和LCB作为可变波片,它们的相位差α和β可以通过电压进行控制。相对于起偏器透光轴的方向,LCA和LCB的方向分别为45°和0°,液晶电池前后表面的偏振电场矢量分别表示为E1、E1’、E2和E2’。当然我们也可以采用上面提到的任意可变波片来代替液晶电池。

图3

偏振椭圆E2的形状和方向可以来定义为

相应的偏振参数和也可以计算得到

第二个可变波片引入的相位差为β,因此,出射光E2’的辅助角和相位差分别为

由此可见,出射光X和Y偏振分量的振幅由α控制,而X和Y偏振分量的相位差由β控制。所以通过控制作用于LCA和LCB的电压,可以得到任意偏振态的输出光。

全偏振发生器的全偏振发生器的使用可以精确控制和操纵光的偏振特性，有很多典型应用包括：偏振测量、光学实验、偏振成像、光通信系统、传感技术等，因此在现代光学和相关技术中是一个关键工具。

了解更多详情，请访问上海昊量光电的官方网页：

https://www.auniontech.com/details-1067.html

更多详情请联系昊量光电/欢迎直接联系昊量光电

关于昊量光电：

上海昊量光电设备有限公司是光电产品专业代理商，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、光学元件等，涉及应用涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防、量子光学、生物显微、物联传感、激光制造等；可为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等服务。

您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。