ТГц широкополосные фазовые преобразователи

Скачать статью ТГц широкополосные фазовые преобразователи (PDF, 1 MB)

Для изменения поляризации ТГц излучения определенной длины волны используются ТГц монохроматические волновые пластинки. Однако для работы с широкополосным излучением они непригодны. Для случая, когда требуется относительно постоянная ретардация в заданном диапазоне длин волн, мы разработали ТГц широкополосные фазовые преобразователи.


Основные методы расчета широкополосных фазовых преобразователей хорошо известны. Однако они не подходят для случая, когда система измерения имеет высокое разрешение. В связи с этим мы внесли некоторые поправки в методы, учитывая интерференционный эффект.
Широкополосный фазовый преобразователь состоит из нескольких специально ориентированных пластин кристаллического кварца. Соединенные между собой пластины зафиксированы в держателе. Согласно формализму Джонса система нескольких фазовых пластин оптически эквивалентна системе, содержащей только два элемента: так называемые «ретардер» и «ротатор» (см. рис.1). Ретардер осуществляет заданный сдвиг фаз (как правило, π или π/2), а ротатор поворачивает плоскость поляризации на угол ω.

Рис. 1. Широкополосный фазовый преобразователь в терминах формализма Джонса и его положение относительно поляризатора и анализатора.

В зависимости от угла w можно выделить два типа широкополосных фазовых преобразователей.
1) ω не равен 0º и зависит от длины волны. Мы называем это “ахроматическим преобразователем поляризации” (АПП). Пример зависимости ω(λ) приведен ниже. 

Рис. 2. а) Угол ω АПП L/4@60-300мкм.

2) ω примерно равен 0º и постоянен в рабочем диапазоне длин волн. В этом случае речь идет об обычной «ахроматической волновой пластине» (АВП), и ее принцип работы аналогичен принципу работы монохроматической пластины. Пример зависимости ω(λ) приведен ниже.

 Рис. 2. б) Угол ω АВП L/4@60-95мкм.

Мы разработали четвертьволновый ахроматический преобразователь поляризации, четвертьволновую и полуволновую ахроматические пластины. Существуют некоторые особенности расположения АПП и АВП относительно поляризатора и анализатора (см. рис. 1).
АПП и АВП устанавливается относительно поляризатора под углом θ (угол эффективной оптической оси АПП и АВП). Угол θ слабо зависит от длины волны (пример приведен ниже).

Рис. 3. а) Угол эффективной оптической оси АПП L/4@60-300мкм.

Рис. 3. б) Угол эффективной оптической оси АВП L/4@60-95мкм.

Анализатор располагается по отношению к оси поляризатора под углом β (см. рис. 1). В случае АВП позиция анализатора не зависит от длины волны излучения. Однако при работе с АПП анализатор необходимо подстраивать следующим образом:
- в случае преобразования линейно поляризованного излучения в излучение с круговой поляризацией анализатор необходимо вращать согласно зависимости ω(λ) (см. рис. 2).
- в случае обратного преобразования (круговая поляризация в линейную) β=ω±45º.
Отрицательное значение угла ω означает необходимость вращения анализатора в противоположном направлении, то есть против часовой стрелки, если смотреть со стороны поляризатора.
На данный момент мы можем рассчитать и изготовить L/4 АПП, L/4 АВП и L/2 АВП для поддиапазонов, лежащих в интервале от 60мкм до 3000мкм. Ширина поддиапазона определяется конкретными потребностями. Одним из определяющих параметров является допуск на эллиптичность (отклонение полученной круговой поляризации от идеальной). Он может быть ±3%, ±10% или иным по запросу клиента. Увеличение зоны допуска приведет к расширению рабочего диапазона. 

Тестирование АПП L/4@60-300мкм и АВП L/4@60-95мкм осуществлялось по схеме, изображенной на рис. 1. АПП и АВП располагались относительно поляризатора под углом эффективной оптической оси (см. рис. 3).
На Фурье-спектрометре Bruker Vertex 70 были проведены измерения пропускания АПП при различных положениях анализатора (см. рис. 4).

Рис. 4. Измеренные спектры пропускания АПП L/4@60-300 мкм при различных позициях анализатора.

Мы выбрали несколько длин волн и для них построили график зависимости пропускания от угла поворота анализатора (см. рис.5).

Рис. 5. Измеренное пропускание АПП L/4@60-300мкм в зависимости от угла поворота анализатора β.

Видно, что пропускание не зависит от угла поворота анализатора (небольшой разброс значений обусловлен особенностями наших Фурье-измерений). Это означает, что излучение, прошедшее АПП, имеет круговую поляризацию, что подтверждает корректную работу АПП.

Свойства АВП L/4@60-95мкм были изучены на длинах волн 77 мкм и 90 мкм с использованием мощного импульсного NH3 лазера в Терагерцовом центре Университета Регенсбурга (Германия). Были проведены измерения интенсивности прошедшего через АВП линейно поляризованного и циркулярно поляризованного излучения в зависимости от угла поворота анализатора. Результаты приведены на рис. 6. Отклонения от идеальной О- и 8- формы не превышают 10%. Полученные зависимости подтверждают корректное преобразование линейно поляризованного излучения в циркулярно поляризованное и наоборот.

Рис. 6. а) Интенсивность лазерного излучения в зависимости от угла поворота анализатора в случае линейно-поляризованного излучения, прошедшего через АВП L/4@60-95мкм.

Рис. 6. б) Интенсивность лазерного излучения в зависимости от угла поворота анализатора в случае циркулярно-поляризованного излучения, прошедшего через АВП L/4@60-95мкм.

Общая спецификация:
 

Ахроматический преобразователь поляризации и ахроматическая волновая пластина изготавливаются на заказ.
Для получения котировки заполните, пожалуйста, форму запроса, указав разрешение системы измерения по частоте и тип преобразования поляризации (линейная поляризация должна быть преобразована в круговую или наоборот).