衰減激光的若干種方法
發(fā)布日期：2021-08-29瀏覽次數(shù)：127
激光衰減，聽起來是很簡單的事情，只通過吸收、反射或分光好像就能做到，但實(shí)際應(yīng)用中卻要注意一些問題，比如熱致變形、干涉效應(yīng)、偏振效應(yīng)、空間不均勻性和光束偏移。由于應(yīng)用要求各有不同，本文將介紹用于自由空間光衰減的幾種方法。
濾光 片分束鏡 積分球
作為Thorlabs最新發(fā)布的高功率激光衰減產(chǎn)品，ATT30系列使用兩個(gè)紫外熔融石英楔形棱鏡構(gòu)造，通過兩次菲涅爾反射衰減最高200 W的激光，如果棱鏡第二表面鍍增透膜則最高功率為50 W。下面的動(dòng)態(tài)圖展示其工作原理。 這種衰減方法不僅提供平坦的衰減曲線(29到34 dB)，而且通過兩次相互補(bǔ)償?shù)姆瓷浔３止馐钠?、尺寸和形狀，非常適合在光束分析之前進(jìn)行衰減，包括偏振測量應(yīng)用。因?yàn)榇蟛糠止馔ㄟ^兩個(gè)透射端口溢出，所以這里要用光擋終止殘留的高功率激光。下面兩圖展示了外殼的安裝特性和光路端口。 
2. 楔形分束鏡
BSF2550楔形分束鏡通過連續(xù)的反射和折射將一束入射光分成多束光，5°頂角便于分離這些逐級(jí)衰減的光束，用于不同的實(shí)驗(yàn)和光束監(jiān)控應(yīng)用。這種1英寸x2英寸分束鏡使用未鍍膜紫外熔融石英制成，承受功率要遠(yuǎn)高于中性密度濾光片，透射波長范圍從185 nm至2.1 μm。
雖然偏振對反射和折射光強(qiáng)有一定影響，但對于小角度入射，偏振影響非常小。另外，每束光的角度和衰減度都可通過理論計(jì)算。 3. 可調(diào)偏振分束/衰減器
對于線偏振光束，使用半波片和偏振分束鏡能構(gòu)造可調(diào)偏振分束器/衰減器。通過半波片的旋轉(zhuǎn)，偏振分束鏡可連續(xù)改變s光和p光的比例，實(shí)現(xiàn)連續(xù)衰減的目的，基本原理如下圖所示。這種效應(yīng)常用于全息和干涉測量應(yīng)用。 通過選擇合適的偏振光學(xué)元件，這種組合可承受很高的激光功率，而且可以滿足多種波長范圍的應(yīng)用需求。Thorlabs提供已組裝的可調(diào)偏振分束器(左下圖)，包括激光線和寬帶兩種版本，覆蓋所有常用的波長范圍。您也可根據(jù)應(yīng)用單獨(dú)購買分束鏡和半波片構(gòu)造可調(diào)分束器(右下圖所示為一種高功率配置)。標(biāo)準(zhǔn)可調(diào)分束器4. 雙偏振片衰減
線偏振光通過理想線偏振片的透過率可根據(jù)馬呂斯定律計(jì)算。假設(shè)θ為光偏振方向和線偏振片透射軸的夾角，那么偏振片的透過率公式如下： 因此，使用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)偏振片也可實(shí)現(xiàn)可調(diào)光衰減器。相比透過率固定的標(biāo)準(zhǔn)濾光片，這種組合可更精確地控制透射光強(qiáng)。下面是兩種使用雙偏振片衰減的應(yīng)用圖示。 右圖為PVAE1-A一體式雙偏振片衰減組件，它由兩個(gè)經(jīng)濟(jì)型偏振片構(gòu)造，一片固定一片旋轉(zhuǎn)(調(diào)到所需衰減后可鎖定)，適用波長范圍從400到700 nm，外殼上的SM1螺紋方便在光機(jī)裝置中集成。下面是一個(gè)應(yīng)用動(dòng)態(tài)圖。 除了通過機(jī)械方式調(diào)節(jié)偏振而改變衰減量，我們還可以通過電光、聲光或磁光效應(yīng)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，因此就有了液晶可調(diào)衰減器和電光振幅調(diào)制器等產(chǎn)品。 液晶可調(diào)衰減器 電光振幅調(diào)制器 5. 中性密度濾光片
中性密度(ND)濾光片分吸收型和反射型兩種，它們在特定波長范圍內(nèi)具有相對恒定的光學(xué)密度，特別適合低功率激光的衰減。ND濾光片的透過率根據(jù)下式計(jì)算，其中T表示透過率，OD表示光學(xué)密度。
Thorlabs ND濾光片有將近500種型號(hào)，包括各種不同的光學(xué)密度、形狀、尺寸和安裝選項(xiàng)，下圖概括了不同系列的工作波長范圍。
使用吸收型濾光片衰減激光時(shí)，功率太高可能產(chǎn)生熱致變形，從而改變光斑形狀。如果使用多個(gè)濾光片疊加衰減，注意不能形成法布里珀羅干涉腔，特別是單頻激光，否則即使低功率激光也可能導(dǎo)致較高的功率在兩濾光片之間循環(huán)，加劇熱效應(yīng)。為了改善疊加配置的性能，我們可使用楔形濾光片，這樣還能幫助消除干涉條紋和減小腔反饋。
Thorlabs還提供光學(xué)密度可調(diào)的ND濾光片，包括連續(xù)或步進(jìn)版本，下面六種可調(diào)ND濾光片依次為圓形步進(jìn)、圓形連續(xù)、籠式兼容、矩形步進(jìn)、矩形連續(xù)、可調(diào)吸收型。當(dāng)然，將不同OD的濾光片安裝在轉(zhuǎn)輪中也能實(shí)現(xiàn)可調(diào)衰減的目的。
