太赫兹宽带相位变换器
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太赫兹单色波片只能用于单一波长,因为相位延迟强烈依赖于波长。 有时需要在特定的波长范围内具有几乎恒定的延迟。 在这种情况下,我们开发了THz宽带相位变换器。
宽带相变计算的基本方法是众所周知的。 但是,如果测量系统具有高分辨率,则不适合这种情况。 所以我们修改了考虑干扰效应的方法。宽带相位变换器由几种特殊取向的石英晶体板组成。 这些板堆叠在一起,并固定到一个支架。 根据琼斯的形式体系,几个延迟板的系统在光学上等于仅包含两个元素的系统:所谓的“延迟器”和“旋转器”(请参见图1)。 缓速器提供所需的相移(通常是π或π/ 2)。 旋转器以角度ω旋转偏振平面。
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图1琼斯形式的宽带相位变换器及其相对于偏振器和分析器的位置。There are two types of broad-band phase transformers:
有两种类型的宽带相变器:
1)ω不是0º,它取决于波长。 我们称之为“消色差偏振转换器”(APC)。 ω行为的例子是
图2.a)APC L / 4的角度ω60-300微米。
2)ω约为0°,在工作波长范围内恒定。 在这种情况下,通常是“消色差波片”(AWP),其工作原理与单色波片相同。
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图2.b)AWP L / 4 @ 60-95微米的角度ω。
目前已经开发出四分之一波消色差偏振转换器,四分之一波和半波消色差波片。 APC和AWP位置相对于偏振器和分析仪有一些特点(请参见图1)。 APC以及AWP应该以角度θ(APC的有效光轴角度和AWP)偏振器取向。 角度θ稍微取决于波长(请参阅示例如下)
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图3.a)APC L / 4 @ 60-300微米有效光轴的角度θ。
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图3.b)AWP L / 4的有效光轴的角度θ@ 60-95微米。
分析仪以角度β指向偏振器轴(请参见图1)。在AWP的情况下,分析仪位置不依赖于波长。但是,如果我们处理APC,分析仪应按照以下方式进行调整:
1)ω(λ)依赖性(请参见图2a))如果线性偏振辐射转换为圆偏振1;
2)在圆偏振转换为线性偏振的情况下,β=ω(λ)±45°。
ω的负号意味着如果从偏振器一侧看,则需要将分析器旋转到与θ相反的方向,即逆时针旋转。
实际上我们可以设计L / 4 APC,L / 4 AWP和L / 2 AWP,适用于从60微米到3000微米范围内的小范围。子范围值取决于具体的需求。决定性参数之一是椭圆度公差(实现圆偏振与理想偏振的偏差)。它可以是+/- 3%,+/- 10%或客户指定的其他值。容差的增加将会扩大操作范围。
使用图1所示的方案对APC L / 4 @ 60-300um和AWP L / 4 @ 60-95um进行了测试。 APC和AWP相对于偏振轴的位置考虑了θ(λ)的相关性(请分别参见图3a和3b)。已经使用FTIR光谱仪Bruker Vertex 70(请参见图4)测量了分析仪不同位置处的APC透射光谱。
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图4.在不同的分析仪位置测量APC L / 4 @ 60-300微米的透射光谱。
我们选择了几个波长,并在这些波长上绘制出了APC透射率对分析仪角度的依赖关系图(请参见图5)。
图5.根据分析仪角度β测量APC L / 4 @ 60-300微米的传输。
如下从图传输不依赖于角度(小数据传播是由于我们的傅里叶测量的特点)。 这意味着通过APC的辐射具有圆形极化,从而确认了APC的正确操作。
在德国雷根斯堡大学太赫兹ZX使用高功率脉冲NH3激光器,在77um和90um处研究了AWP L / 4 @ 60-95um的光学性质。 测量通过AWP的垂直偏振激光辐射以及圆偏振激光辐射,作为分析仪旋转角度的函数。 典型的测量信号如图6所示。与理想的O形和8形的偏差不超过10%。 这些图确认了线性极化辐射正确转换为圆极化,反之亦然。
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图6.a)线偏振辐射通过AWPL / 4 @ 60-95um时激光辐射强度与分析仪旋转角度的关系。
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图6.b)在圆偏振辐射通过AWPL / 4 @ 60-95um的情况下,激光辐射强度与分析仪旋转角度的关系。
常用规格:
| 太赫兹消色差偏振转换器 | 太赫兹消色差波片 |
延迟 | L/4 | L/4 |
工作波长范围,um | 60-300 or specified by customer | 60-95 or specified by customer |
椭圆度容差,% | +/- 3 or specified by customer | +/- 10 or specified by customer |
通光孔径,mm | 25 (standard) or <25 (upon request) | 25 (standard) or <25 (upon request) |
支架 | conventional optical component mount or rotator | conventional optical component mount or rotator |