偏振光栅在非正入射情况下效果如何?
发布时间:2023-01-31 00:00:00 阅读次数:477
首先我们需要明确偏振光栅的工作特点,即偏振相关的二分束特性:入射光中的左旋圆偏振分量经过偏振光栅后,会向栅线的一侧偏转角度θ,并变成右旋圆偏振光;右旋圆偏振分量经过偏振光栅后,会向栅线的另一侧偏转角度θ,并变为左旋圆偏振光。
对于上述特性,我们可以从两个方面来看:
  • 一方面,偏振光栅对左旋圆偏振分量和右旋圆偏振分量的分离作用实际上是几何相位原理的宏观表现,而几何相位原理是基于元件在工作波长下的λ/2延迟量而实现的,因此标准偏振光栅的延迟量数据都尽可能控制在工作波长下的λ/2附近,误差不超过±5 nm,以保证光栅较高的衍射效率;

  • 另一方面,偏振光栅对光束的偏转角θ遵循光栅衍射公式sinθ=λ/p,可以看出在确定的工作波长下,衍射角θ受到光栅相位周期p的直接影响,因此标准偏振光栅的相位周期也是与光栅标称的偏转角参数严格匹配的,周期精度一般控制在±1%以内。

那么,当偏振光栅在实际使用时若遇到了非正入射的情况,我们只需要针对上述两方面逐一分析(忽略玻璃衬底的影响)即可:
  • 正入射条件下,LCP膜层厚度为d,延迟量为Δn×d=λ/2;当光束斜入射,且与元件平面法线夹角为α时,LCP膜层沿入射方向的等效厚度为d/cosα,延迟量为Δn×d/cosα>λ/2。因此,斜入射条件下的偏振光栅,随入射角α的增大,延迟量也会逐渐增大,这会导致出射光中0级占比升高,光栅衍射效率下降

非正入射条件下等效膜厚的改变

  • 在光栅的相位周期方面,当入射光斜入射时,光栅的等效相位周期为原相位周期在入射方向的垂直方向上的投影,即pcosα,此时,光栅的衍射角θ’遵循sinθ’=λ/pcosα,此时两束出射光相对于元件平面法线的角度为|α±θ’|。因此,斜入射条件下的偏振光栅,光栅周期变小,衍射角变大。

非正入射条件下等效相位周期的改变

LBTEK标准偏振光栅相位周期为5 μm,保证在±20°入射角度范围内,保持较高的衍射效率。

 

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