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  • 商品名稱: 偏振

偏振是所有激光束固有的一項重要光學特性。布魯斯特窗口、反射式圓偏振鏡和吸收式薄膜反射器都利用了偏振的特點。另一方面,如果您忽視了偏振,它可能會為您帶來麻煩,有時還會導致無法預測的結果。實際上,所有激光源都會表現出某種程度的偏振特性,因此,您有必要了解它的影響,以便正確地選擇元件。下面的內容提供了關于偏振的基本定義,并介紹了幾種常見的偏振類型。

光是一種橫向電磁波;這意味著電場矢量和磁場的矢量垂直于波的傳播方向。(圖 1。)當某個波列的所有電場矢量都處于同一平面時,我們可以說這個波是平面偏振或線偏振。這個平面的方向即為偏振方向。

圖 1偏振矢量的方向

非偏振光是指一組電場沿所有方向均勻分布的波。(圖 2。)雖然其中單個波列可能會發生線偏振,但所有的波疊加起來,并不會呈現出一個占據優勢的偏振方向。

圖 2非偏振光

隨機偏振光,顧名思義,其光線具有平面偏振的特性,但是偏振方向不明,而且可能會隨時間發生變化。隨機偏振會導致光學系統出現問題,因為某些元件對偏振敏感。如果偏振狀態隨時間發生變化,那么元件的透射、反射和/或吸收特性也會隨時間變化。

偏振是一個具有方向和振幅的矢量。它和所有矢量一樣,是在任意坐標系中定義的,是各個垂直相交的分量之和。在圖 3 中,我們看到一個平面偏振波,它所指的方向與坐標系的軸成 45° 角。因此,在這個坐標系中,該矢量的 x 分量和 y 分量相等。如果我們在這些分量間引入 90° 的相位差(即四分之一波長),則會得到一個波,其電場矢量的振幅是固定的,但當我們向下移動波列時,這個波的方向會發生變化。(圖 4。)這個波發生的是圓偏振,因為波經過某個定點時,振偏矢量的末端會劃出一個圓形軌跡。

如果我們有兩個波列,分別具有不同的振幅,且兩者的相差為四分之一波,則會產生橢圓偏振現象。當波經過某個定位時,偏振矢量的末端會劃出橢圓形的軌跡。長軸與短軸的比率即為該偏振的橢圓率。

當您訂購用于非正入射光的光學涂層時,請務必指定偏振方向。如果您不知道如何確定光源的偏振狀態,請聯系我們的應用工程師,以尋求幫助。

一個波被解析為兩個相等的分量,這兩個分量與原矢量均成 45° 角(圖 3)。在分量間引入四分之一波的相差,可以得到一個振幅恒定(圖 4)、但偏振矢量不斷旋轉的波。

當光線以非垂直角度穿透光學元件(如分光鏡)的表面時,其反射和透射特性均依賴于偏振現象。在這種情況下,我們使用的坐標系是用含有輸入和反射光束的那個平面定義的。如果光線的偏振矢量在這個平面內,則稱為 p 偏振,如果偏振矢量垂直于該平面,則稱為 s 偏振。任何一種輸入偏振狀態都可以表示為 s 和p分量的矢量和。

對于 s 偏振,輸入偏振垂直于包含輸入和輸出光束的那個平面(用彩色部分表示)。對于 p偏振,輸入偏振與包含輸入和輸出光束的那個平面(用彩色部分表示)平行。

若要理解 s 和 p 偏振的重要性,請查看下圖,它顯示的是10.6µm的光波在單一硒化鋅表面的 s 和 p 分量反射率函數,該函數以入射角為參數。注意,s 分量的反射率隨角度穩步增加,而 p 分量的反射率先是在 67°時減小到 0,隨后逐步上升。p 分量的反射率降為 0的那個角度,被稱為布魯斯特角。這一效應可以通過多種方法加以利用,制造出無透射損耗的偏振元件或無鍍膜窗口,如布魯斯特窗口。

本圖表示的是 s 偏振與 p 偏振的單一表面反射率函數(采用硒化鋅表面,光的波長為10.6µm),該函數以入射角為參數。



 

在激光切割應用領域,偏振狀態具有極為重要的意義請看我們的反射式圓偏振鏡,它能為激光切割提供最佳的偏振特性。



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