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激光辐射的偏振(polarization of laser emission)

定义:
定义:激光光束的电场振动方向。
相关词条:
光纤  双折射  偏振合束  偏振片  去极化损耗  激光 

大多数情况下激光器的出射光都是偏振的。通常是线偏振的,即电场在某一特定的与激光光束传播方向垂直的方向上振荡。有的激光器(例如,光纤激光器)产生的不是线偏振光,而是其它的稳定的偏振态,可以采用合适的波片组合在一起将其转化为线偏振光。如果是宽带辐射,且偏振态与波长有关,则不能采用以上方法。


在一些特殊情形,可以产生径向偏振光束,即光束截面中的偏振方向是径向的。通常,径向偏振辐射是先偏振光经过一些光学元件得到的,也可以直接由激光器得到。这种方法的好处在于可以避免去极化损耗,可以应用于固态体激光器中。


在许多应用中需要采用偏振的激光辐射。例如:

  1. 非线性频率转换,其中只在一个偏振方向上可以满足相位匹配

  2. 需要两激光光束进行偏振耦合(参阅偏振合束)

  3. 在偏振相关装置中处理激光光束,例如,干涉仪,半导体光放大器和光调制器



也有一些激光器(许多光纤激光器)出射光是不是偏振的。这并不是值激光器输出的是非偏振光,在任意时刻两偏振分量的功率都是相等的,二者的振幅之间完全无关。只是偏振态非常不稳定,例如,由于温度涨落,或者在不同方向间变化。为了得到完全非偏振光,则需要采用一些消除偏振的光学装置。


线偏振光的偏振度由偏振光消光比(PER)来表征,定义为两个偏振方向功率的比值,单位为分贝,可以测量光通过偏振片后随方向而变化的功率来得到。偏振片的消光比必须要大于激光光束的消光比。

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偏振或非偏振辐射机制

不同的机制都对激光器的辐射线偏振光有贡献:

  • 激光器增益与偏振有关。激光晶体为非线性各向同性时就是这种情况(例如,Nd:YVO4或Nd:YLF),还有一些半导体光放大器也是。

  • 谐振腔损耗也可能与偏振有关,例如,谐振腔中包含一个布儒斯特盘或者只有一个稍微倾斜的光学元件。

在两偏振方向上增益或损耗的很小差别都能得到稳定的线偏振,前提是在激光器谐振腔中,偏振模式之间不会发生显著的耦合。

另外,激光器输出的偏振态会受随机双折射的影响,例如光纤中(如果不是保偏或者单模光纤)和激光晶体或玻璃中的热效应(参阅去极化损耗)。如果激光器增益是各向同性的,很小的双折射都会极大改变偏振态,并且光束截面上的偏振态也会发生显著变化。


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