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宽带太赫兹波片 消色差太赫兹波片 THz波片 THz Broad-band Phase Transformers
THz单色波片只能在单波长使用，因为相位延迟很大程度上取决于波长。有时需要在指定波长范围内保持几乎恒定的延迟。为此，我们开发了太赫兹宽带相变器。
宽带相变器的基本计算方法已广为人知。然而，如果测量系统分辨率很高，它们并不适用。因此，我们修改了方法，以考虑干扰效应。宽带相变器由多个特殊方向的晶体石英板组成。这些盘子被叠加并固定在一个支架上。根据琼斯的观点，多个延迟板的系统在光学上等同于仅包含两个元素的系统：所谓的“延迟器”和“旋转器”（见图1）。延迟器提供所需的相位移（通常是π或π/2）。旋转器以 ω 角旋转偏振平面。
图1。宽带相位变压器从琼斯形式主义及其相对于偏振片和分析仪的位置来看。
宽带相变器有两种类型：
1）ω不是0º，且取决于波长。我们称之为“消色差偏振转换器”（APC）。ω行为的示例如下。
图2.a） APC角度ω/L/4@60-300 um。
2）ω约为0º，且在工作波长范围内保持恒定。在这种情况下，它通常称为“消色差波片”（AWP），其工作原理与单色波片相同。
图2。b）AWP的角度ω L/4@60-95 um。
目前，四分之一波长消色差偏振转换器、四分之一波长和半波长消色差波片已被开发。APC和AWP相对于偏振片和分析仪的位置存在一些特征（详见图1）。APC和AWP应以偏振片角度θ（APC和AWP有效光轴角）定向。角度θ略微依赖波长（见下文示例）。
图3。a） APC有效光学轴的角度θ L/4@60-300微米。
图3。b） AWP L/4@60-95 微米有效光轴的角度θ。
分析仪的方向与偏振片轴线呈β角（见图1）。在AWP中，分析仪的位置不依赖于波长。然而，如果处理APC，分析仪应根据以下方式进行调整：
1）ω（λ）依赖性（见图2 a）），如果线偏振辐射变换为圆偏振辐射;
2） β=ω（λ）±45º，在圆极化转换为线性极化的情况下。
ω的负号意味着如果从偏振片侧观察，分析仪必须逆时针旋转，与θ相反方向。
实际上，我们能够为60微米到3000微米宽区间内的子区间设计L/4装甲运兵车、L/4自动进气泵和L/2自动进压机。子射程宽度由具体需求和技术能力决定，以实现所需配置。
APC L/4@60-300um和AWP L/4@60-95um均采用图1所示方案进行测试。APC和AWP相对于偏振轴，考虑了θ（λ）依赖性（详见图3a和3b）。使用FTIR光谱仪Bruker Vertex 70（见图4）测量了分析仪不同位置的APC透射光谱。
图4。测量了APC L/4@60-300um在不同分析仪位置的透射光谱。
我们选择了几个波长，并绘制了一张图表，显示了APC传输对分析仪角度的依赖（见图5）。
图5。测量了APC L/4@60-300um随分析仪角度β的透射率。
从图中可见，传输不依赖于角度（小数据分布源于傅里叶测量的特征）。这意味着通过APC的辐射具有圆极化，确认APC的正确运行。
AWP L/4@60-95um的光学性质已在德国雷根斯堡大学太赫兹中心使用高功率脉冲NH3激光器在77μm和90μm处进行了研究。通过AWP测量了垂直偏振激光辐射以及圆偏振激光辐射，作为分析仪旋转角度的函数。典型测量信号见图6。偏离理想O型和8型的偏差不超过10%。图表确认线偏振辐射正确转换为圆偏振辐射，反之亦然。
图6。a）线偏振辐射通过AWPL/4@60-95um时激光辐射强度与分析仪旋转角的关系。
图6。b）在圆偏振辐射穿过AWPL/4@60-95um时，激光辐射强度与分析仪旋转角的关系。
我们有条件地将消色波板分为两种类型：短波窄带和长波宽带。短波窄带波片工作在60至200微米的狭窄子区间，而宽带波片则用于200微米以上。可以制造一个工作频率略高于60微米的宽带消色差波板。但必须考虑到其厚度较大，60-100微米之间的透射率较低。下图展示了窄带消色波板L/2@60-134微米和宽带波板L/2@60-300微米的透射光谱。
图7。窄带消色差波片L/2@60-134um和宽带波片L/2@60-300um的透射光谱。
宽带波板的特性在图8所示的布局中进行了测量。为了获得准直的THz光束，发射体后方和探测器前放置两个凝聚THz透镜。在镜头之间放置一个波片和三个偏光片。第一个偏振片确保线偏振辐射到达波板。第二个偏光片，也称为分析仪，位于板后方。紧接着是第三个偏振片，其方向与第一个相同。测量在分析仪旋转角度45°至-45°之间进行。
图8。宽带波片测试的布局图。
图9-12展示了四分之一波长消色差波片在250-500um范围内的透射和延迟光谱，以及消色差半波片在200-600um范围内的光谱。
结果证实，四分之一消色差波片的实际延迟在π/2的±5%以内，半波长波片的延迟在π的6%以内。
图9。宽带消色波片L/4@250-1500um的透射光谱。
图10。宽带消色差波片L/4@250-1500um的延迟光谱。
图11。宽带消色差波板L/2@200-600um的透射光谱。
图12。宽带消色差波板L/2@200-600um的延迟光谱。
通用规格：
| 消色差太赫兹偏振转换器 | 消色差太赫兹短波窄带波片 | 消色差太赫兹长波宽带波片 | |||
| 迟缓 | L/4 | L/4 | L/2 | L/4 | L/2 |
| 工作波长范围，μm | 60-300* | 60-95* | 60-134* | 250-1500,300-1500,375-1500,500-1500,750-1500 | 200-600,500-1500,750-1500 |
| 转换误差，% | +/- 15 | +/- 10 | +/- 10 | +/-3..5 | +0/-6 |
| 光圈清晰，嗯 | 25（标准）或<25（定制） | ||||
| 持有人 | 常规或旋转框架 | ||||
| * 或客户指定 | |||||
应需求生产消色差偏振转换器和消色差波片。