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对准布儒斯特角
作者:Cheers! Thorlabs索雷博 | 2024/5/23 11:08:46 | 浏览:297 | 评论:0

菲涅尔公式

S和P偏振光的反射率分别为:
对准布儒斯特角

注:S光为垂直线偏振光,P光为平行线偏振光。


上式中θᵢ为入射角,而n₁和n₂是两种介质的折射率。对于从空气中垂直入射在普通玻璃表面的情况:
对准布儒斯特角

这就是4%反射率经验法则的由来。但从反射率曲线可看出,对于0到10度之间的小入射角,S光和P光的反射率都基本不变,而超过10度后两条曲线就会明显不同:S光的反射率随入射角增大呈指数增大;P光的反射率先随入射角增大而减小,并在布儒斯特角处达到最小,然后随入射角增大而迅速增大。
对准布儒斯特角
S光和P光的反射率曲线

对准布儒斯特角

布儒斯特角
两种偏振光的透过率等于1和各自反射率之差:
对准布儒斯特角
透过率测量

实验装置如下所示,氦氖激光器以强度稳定模式工作,并在输出端安装光隔离器,以防功率波动。激光通过四分之一波片后变成圆偏振光,因此在旋转线偏振片时只改变窗口片的入射偏振,但不改变入射功率。这个功率就是基线功率。
对准布儒斯特角
四分之一波片

输出圆偏振光

对准布儒斯特角
旋转线偏振片时

改变偏振不改变功率


对准布儒斯特角

先后测量S光、P光和45度线偏振光在窗口片上的透过率。通过曲线图可以看出,三种偏振光的透过率在低入射角时都基本保持在92%,说明4%反射率的经验法则大约适用于0到10度之间的入射角。对于10度以上的入射角,S光的透过率呈指数下降,而P光透过率先上升,并在布儒斯特角处达到最高,然后开始下降。
对准布儒斯特角
三种线偏振光的透过率曲线

对准布儒斯特角

基于PRM1Z8电动旋转安装座的透射功率测量

45度线偏振光包含等量的S和P偏振光,其透过率曲线位于两个正交偏振的中间,总体趋势和S偏振光一样呈指数下降,但由于增加的P偏振功率,下降速度慢很多。另外,由于非偏振光也包含等量的S和P偏振光,因此45度线偏振光的透过率曲线可反映出非偏振光随入射角的变化趋势。

布儒斯特角和P光反射率测量

此处使用较厚的5 mm楔形窗口片增大前后表面的反射光束间距,并从60度开始微调入射角,通过测量找到最小的反射功率。由于接近布儒斯特角处的P光反射率很低,可先旋转线偏振片以提供更多的S光反射,利用更亮的反射光斑对准窗口片和探头。
对准布儒斯特角

使用较厚且楔形的窗口片分离两个反射光斑
为了防止环境光干扰最小功率读数,探头上还要加一个透镜套筒和激光线滤光片,然后使功率计表头归零并挡住后表面的反射光,只测量前表面的反射功率。
对准布儒斯特角

对准装置并阻挡后表面的反射
对准装置后,再次旋转偏振片使得只有P光入射窗口片,旋转位移台以0.1度步进并测量功率,以此找到反射率最小的角度,即布儒斯特角。在此角度下,窗口片可通过反射提供纯S光,或通过透射提供几乎无损耗的P光。
对准布儒斯特角
总结而言,玻璃窗口片在空气中的反射光强会随入射角和偏振态而改变。如果希望保持非纯S或P光的偏振态,那么入射角应小于10度,因为在此范围内两种偏振光的反射率基本不变。为了找到布儒斯特角,一种方法是找到P光的最低反射功率。

下面是实验中用到的部分组件。

对准布儒斯特角
对准布儒斯特角
对准布儒斯特角
对准布儒斯特角
对准布儒斯特角
对准布儒斯特角

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