用半波片和偏振片调节激光功率

光学实验中,连续的调节光的能量是非常基础和常规的操作。也有许多可以改变激光强度的办法,比方说可以通过光阑的切光来调节通过的能量,也可以选用吸收型的衰减片来调节,甚至还有连续可调节的衰减片等等。

光阑和衰减片

不过这些方法也有一定的局限性,在解决问题的同时会带来其他不好的影响。比方说,一般的衰减片不能连续调节,只能一片一片的加;有一些楔形的可调节衰减片可能会使光偏折;对于光阑,通过改变光斑大小来调节能量,可能带来衍射效应,另外,在含有聚焦部件的实验中,还会导致聚焦大小的变化。

还有一种非常好的方法是用半波片和偏振片的组合来连续调节能量。半波片可以旋转光的偏振方向,而偏振片可以选择透过的偏振方向,两者组合可以实现光能量的连续调节。

实际中,半波片可以连续的调节偏振方向,原理如图所示。假设偏振方向与慢轴成 theta 角度,通过偏振片之后,快轴的光相位加了一个 pi ,则偏振方向旋转了2theta角度。

半波片使光的偏振旋转

通过半波片和,光进入偏振片,对于偏振片,透射的能量由马吕斯定律给出,即 I_0cos^2theta ,如下图所示:

马吕斯定律

假如初始时刻保证透过最大,则在旋转半波片的过程中,光强的变化为 I_0cos^2(2theta) ,这样就可以实现功率的连续调节了。

实际中,偏振片有许多选择,比方说吸收型偏振片,偏振分光型偏振片等等,可以根据需要进行选择。

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