分束器

2021-04-21 11:10:48 浏览:561

定义

将光束分成两束或更多的器件。

分束器(功率分配器)是将一束入射光束(例如,激光光束)分成两束或者更多的可能不具有相同功率光束的光学器件。存在许多种类的分束器可以应用到不同的地方。例如,干涉仪,自相干,相机,投影仪和激光器系统中都需要采用分束器。

分束器类型

介质膜反射镜

任意的反射镜都可以用来分离光束。在激光器技术中,介质膜反射镜通常用来作为分束器。入射角决定了输出光束的出射角,可能为45°(如图1),这是最常见的,当然还可以为其它的数值,而出射角会影响分束器的性质。通过采用不同的介质膜可以得到很大范围的功率分配比。

图1:部分反射镜用做分束器。 

通常来讲,二向色镜的反射率依赖于入射光束的偏振态。这一装置可优化作为薄膜偏振器,其中处于某一波长区域的具有特定偏振状态的光束几乎全部被反射,而另一具有不同偏振态的光束则大部分透射。另外,还可以优化使其对偏振的依赖最小作为非偏振分束器。这在近于正入射时易于得到。

介质分束器的反射率通常与波长密切相关。因此可用作二向色分束器,可以分离开光束的空间部分。例如,这一装置可用在倍频器后面分离开谐波光束与泵浦光。是由于光束具有不同的波长或者偏振而被分离的。

立方体分束器

许多分束器都是立方体形状,其中在立方体内部的界面处光束分离(如图2)。立方体通常是有两个三角形的玻璃棱镜采用一些透明树脂或者胶状物粘在一起。可以调节该层的厚度来调整给定波长时的功率分配比。

图2:立方体分束器。 

也可以不采用玻璃,而利用具有双折射的晶体。这可以制作多种类型的偏振立方体分束器,例如沃拉斯顿棱镜和诺曼斯基棱镜,其中两出射光束在同一表面出色好,它们之间的夹角在15°到45°之间,比图2中的夹角小很多。其它的还有格兰汤普森和尼克尔棱镜,后者是菱形的。

也可以在立方体中采用多层膜。这会拓展器件的工作带宽和偏振性质。

立方体分束器不仅可以应用于单束光情形,还可以用于承载图像的光束,例如,各种相机和投影仪中。

光纤分束器

光纤耦合器可以用作光纤分束器。这一装置由熔融光纤组成,包含两个或者多个出射端口。对于体元件,分束比可能与入射波长和偏振密切相关。

光纤干涉仪中需要采用光纤分束器,用于相干层析成像。在光纤网络中需要用到具有多个输出端口的分束器,将数据从一个源传输给多个用户,例如有线电视。

图3:光纤分束器,具有一个入射端口和两个出射端口。 

其它类型

其它类型的分束器包括:

  • 金属涂覆反射镜(例如,半镀银反射镜),其中金属涂层非常薄为了得到部分反射率
  • 薄膜,有时用于相机中
  • 微光学分束器,通常用于产生多束出射光
  • 波导分束器,用于光子集成回路

重要性质

除了分束器的基本方程外,即分束比随波长和偏振变化的函数,还有一些其它性质在应用中比较重要:

  • 不同类型的分束器损耗差别很大。例如,采用金属涂层的分束器具有相对较高的损耗,而二向色涂层的损耗可以忽略,总出射功率与入射功率几乎相等。
  • 损耗还与损伤阈值有关,尤其在采用调Q激光器时很重要。
  • 体光学器件中,有时需要大的孔径,在光学工程中只需要在入射光束方向以及其垂直方向的出射光束。分束器可能只用于有限范围入射角的情况。

光束合成

任意分束器理论上都可以用于光束合成变为一个光束。这可以认为是分束的时间反演。这时的出射功率不一定是入射功率的和,会与某些细节例如微小路径长度差别有关,因为这时存在干涉。当光束具有不同的波长或者偏振态时不会发生干涉效应。

参阅:偏振器、薄膜偏振器、介质膜反射镜、二向色镜、金属涂覆反射镜、干涉仪、自相干器、光束合成

基础光学

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