性能(néng)提升(shēng)

圖(tú) 1 帶(dài)分(fēn)析儀(yí)（檢偏器(qì)）的(dí)簡(jiǎn)化分(fēn)光(guāng)光(guāng)度(dù)計(jì)

圖 1 為(wéi)一(yī)個帶(dài)有偏(piān)振分(fēn)析(xī)儀（檢(jiǎn)偏器）的(dí)簡化分(fēn)光光(guāng)度(dù)計(jì)光(guāng)路圖。這種配置在(zài)檢測二(èr)向(xiàng)色和雙(shuāng)折射(shè)樣(yàng)品(pǐn)，衍射(shè)光柵，或表(biǎo)征(zhēng)樣(yàng)品(pǐn)的(dí)反射特(tè)性(xìng)時(shí)非(fēi)常(cháng)有(yǒu)用。

此類分析儀（檢(jiǎn)偏器）應(yīng)用(yòng)中(zhōng)典型(xíng)的(dí)偏振(zhèn)器基於格(gé)蘭(lán)-泰(tài)勒（GT）或格(gé)蘭(lán)-湯(tāng)普森（GTh）設計，通(tōng)常使(shǐ)用方解(jiě)石(shí)棱(léng)鏡。遺憾(hàn)的是，方解石固有的吸收(shōu)以及(jí)雜(zá)質(zhì)引起的散(sàn)射會(huì)嚴重(zhòng)限(xiàn)製 GT 和(hé) GTh 設計在紫外(wài)波段(duàn)的(dí)透(tòu)過率和可達(dá)到的信噪比。Moxtek 的(dí) ProFlux UVD 係(xì)列(liè)偏(piān)振器提供了一種替代(dài)方案(àn)，其(qí)深(shēn)紫(zǐ)外(wài)透過率顯(xiǎn)著(zhù)提升(shēng)，從而(ér)獲(huò)得(dé)更(gēng)好(hǎo)的信(xìn)噪比性能(néng)。
 

圖 2 ProFlux UVD260 與格蘭-湯普森偏(piān)振器在(zài)分(fēn)析(xī)儀（檢(jiǎn)偏器(qì)）（檢(jiǎn)偏(piān)器）應用中的性能對比(bǐ)。(a) 分析(xī)儀(yí)（檢偏器）（檢(jiǎn)偏器）通光態紫外透過
 

圖 2a 比較(jiào)了標(biāo)準方(fāng)解(jiě)石 GTh 分(fēn)析(xī)儀（檢偏(piān)器(qì)）與 Moxtek UVD260 在紫外(wài)波段(duàn)的(dí)通光(guāng)態透過(guò)率，圖(tú) 2b 則比(bǐ)較了(liǎo)二者測量參(cān)考(kǎo)偏(piān)振器(qì)消光態透(tòu)過率(shuài)時的(dí)性能。GTh 分(fēn)析(xī)儀（檢偏(piān)器）在(zài)紫(zǐ)外光通量上急(jí)劇下降(jiàng)，導(dǎo)致信(xìn)噪比(bǐ)較(jiào)差(chà)；而(ér) UVD260 采用(yòng)熔融石(shí)英(yīng)製(zhì)造，在深紫外區(qū)域仍保(bǎo)持優異(yì)的性(xìng)能。

紅(hóng)外性能

格(gé)蘭-泰(tài)勒（GT）和(hé)格蘭-湯(tāng)普森（GTh）偏振器由兩個雙(shuāng)折射棱鏡(jìng)組成，它們(mén)的斜麵對(duì)角(jiǎo)麵之間要麼(mó)以微小空氣隙隔開(kāi)（GT），要麼填充光學膠（GTh）。入射(shè)光束(shù)分離(lí)成(chéng)正交(jiāo)偏振態(tài)依(yī)賴於(yú)全內反(fǎn)射(shè)，因(yīn)此對(duì)光束(shù)準直(zhí)和入射角(jiǎo)度(dù)有(yǒu)嚴格要求。由(yóu)於紅外波段(duàn)折射(shè)率通常會降(jiàng)低，這導致 GT 和 GTh 設(shè)計(jì)允許偏(piān)離法綫入射(shè)的(dí)角度減小(xiǎo)。在光譜應(yīng)用中，光(guāng)束準直(zhí)通(tōng)常(cháng)遠(yuǎn)非(fēi)理(lǐ)想，因此(cǐ)不(bù)希(xī)望的偏(piān)振(zhèn)態會產生明顯泄漏。

GT 和(hé) GTh 偏(piān)振(zhèn)器通(tōng)常隻能容忍幾度(dù)的入射角偏差或(huò)較小(xiǎo)的視(shì)場(cháng)（錐(zhuī)角），超出(chū)後(hòu)性(xìng)能就會(huì)下(xià)降(jiàng)；而綫(xiàn)柵偏振器的(dí)性能(néng)對角度和(hé)波(bō)長相(xiāng)對不(bù)敏感，且(qiě)實(shí)際(jì)上沒有不(bù)希望的偏(piān)振態(tài)的紅外泄(xiè)漏(lòu)。ProFlux UVD 設(shè)計可以輕鬆(sōng)適(shì)應(yīng)法綫入射 ±20° 的(dí)變化，性(xìng)能變化極(jí)小。這(zhè)對應 40° 的(dí)視場角，在使(shǐ)用準(zhǔn)直性差(chà)的(dí)光源時(shí)能(néng)夠(gòu)顯著(zhù)提(tí)高(gāo)光利(lì)用(yòng)率，並(bìng)簡化(huà)對(duì)準(zhǔn)方麵(miàn)的(dí)顧(gù)慮(lǜ)。
 

圖 3 UVD260 與方解石格蘭-湯普(pǔ)森分析儀(yí)（檢(jiǎn)偏器）（檢偏(piān)器(qì)）的紅外(wài)性(xìng)能對(duì)比(bǐ)。(a) 使(shǐ)用(yòng) GTh（---）和(hé) UVD260（---）分析(xī)儀（檢偏器）（檢偏(piān)器）對(duì)同一(yī)參考(kǎo)偏振(zhèn)器(qì)的(dí)消光(guāng)態(tài)透過(guò)率(shuài)測量。插(chā)圖為(wéi)放(fàng)大後(hòu)遠(yuǎn)離(lí)吸(xī)收共振的(dí)標尺。(b) GTh（---）和 UVD260（---）的通光(guāng)態透過(guò)率。
 

圖 3b 給(gěi)出(chū)了(liǎo) GTh 和(hé) UVD260 偏振(zhèn)器(qì)在通光(guāng)態(tài)下的透過率(shuài)。在 GTh 消(xiāo)光(guāng)態測(cè)量(liáng)中導致紅外泄漏(lòu)峰(fēng)的(dí)相(xiāng)同(tóng)吸收(shōu)特(tè)征，在通光(guāng)態(tài)中(zhōng)同樣明(míng)顯(xiǎn)。吸(xī)濕(shī)性(xìng)方解石(shí)材料(liào)中約(yuē) 2725 nm 處的水吸(xī)收綫(xiàn)，在 GTh 中比在由鋁和紅外級(jí)熔(róng)融石(shí)英組成(chéng)的(dí) UVD260 中強得多(duō)。為(wéi)了增強短(duǎn)波(bō)紅外(wài)的(dí)光通(tōng)量(liáng)和信(xìn)噪(zào)比，UVD260 顯然更好。
 

圖(tú) 4 ProFlux UVD260（—）與(yǔ)格(gé)蘭-湯普(pǔ)森（—）偏振器的通(tōng)光態/消光(guāng)態透過率(shuài)對比度(dù)。
 

環境(jìng)與外形(xíng)尺寸因素(sù)

UVD260 采(cǎi)用與(yǔ) Moxtek 標(biāo)準(zhǔn)可見光譜(pǔ)綫柵(zhà)偏振(zhèn)器產品(pǐn)類似的(dí)材料，後(hòu)者以在(zài)高溫(wēn)高(gāo)濕投影顯(xiǎn)示應用中優異的持(chí)續(xù)性(xìng)能而(ér)著稱(chēng)。此外(wài)，UVD 係列的(dí)埋入(rù)式(shì)納(nà)米(mǐ)綫設(shè)計(jì)有助(zhù)於(yú)防止操(cāo)作損(sǔn)壞和環境(jìng)汙染。方(fāng)解(jiě)石(shí) GT 和(hé) GTh 偏振器(qì)的紅外(wài)性能(néng)會因吸濕(shī)而(ér)隨(suí)時(shí)間明(míng)顯下降(jiàng)，而(ér) UVD 係列綫柵偏(piān)振(zhèn)器製造在(zài)非吸(xī)濕性熔融(róng)石英上，在(zài)潮濕(shī)環境中不(bù)會出現明顯的性能退化。

由於(yú)全(quán)內反射(shè)工作原(yuán)理(lǐ)和(hé)大臨(lín)界角，GT 和 GTh 偏(piān)振器的長度與(yǔ)通光(guāng)孔(kǒng)徑之比(bǐ)很大。隨著孔(kǒng)徑尺寸(cùn)增大，這種(zhǒng)長(cháng)寬比要(yào)求使(shǐ)得(dé)基(jī)於(yú)棱(léng)鏡(jìng)的設(shè)計在(zài)光學(xué)係(xì)統中(zhōng)占據比平麵綫柵(zhà)偏振器(qì)配置（其(qí)厚度(dù)固定，通常為(wéi) 2.1 mm，由(yóu)基底和墊片厚(hòu)度決(jué)定(dìng)）大得(dé)多的空間。對於 UVD 係列(liè)綫(xiàn)柵偏振(zhèn)器，無(wú)論(lùn)孔徑尺寸如何(hé)，沿光(guāng)束傳播方向所需(xū)的(dí)物理空間(jiān)保持不變(biàn)。副作(zuò)用是，對(duì)於(yú)較大(dà)孔(kǒng)徑(jìng)的 GT 和(hé) GTh 設(shè)計(jì)，棱(léng)鏡長(cháng)度(dù)也(yě)會增(zēng)加，由於吸收和(hé)散射(shè)，這(zhè)會(huì)降(jiàng)低紫外和(hé)短波紅(hóng)外區域(yù)的(dí)性能。ProFlux UVD 係(xì)列(liè)偏(piān)振(zhèn)器(qì)能(néng)夠用(yòng)一(yī)個(gè)部件(jiàn)覆蓋從深紫(zǐ)外(wài)到短波紅外的大(dà)多(duō)數光(guāng)譜儀(yí)的整(zhěng)個光譜範(fàn)圍(wéi)，並(bìng)且(qiě)在(zài)使用有(yǒu)限(xiàn)尺寸(cùn)寬帶(dài)光(guāng)源時無需丟棄來(lái)自較(jiào)大(dà)視場(cháng)角的光(guāng)綫(xiàn)。

對(duì)於 GT 和(hé) GTh 偏(piān)振(zhèn)器(qì)設計，為(wéi)了消除內部(bù)反(fǎn)射光(guāng)束(shù)，棱(léng)鏡(jìng)側麵要麼有(yǒu)吸收塗(tú)層(céng)，要麼高(gāo)度拋光並(bìng)封(fēng)裝(zhuāng)在吸收性(xìng)外殼中(zhōng)。然(rán)而仍可能發生菲涅耳(ěr)反射，導致不(bù)希望的(dí)偏振(zhèn)態從(cóng)偏振器(qì)出(chū)射(shè)麵泄漏。ProFlux UVD 係(xì)列(liè)偏(piān)振器通(tōng)過(guò)各(gè)向異性吸收(shōu)和反射機(jī)製在綫(xiàn)柵表(biǎo)麵分(fēn)離(lí)光束(shù)，不依賴(lài)於雙(shuāng)折(zhē)射和全(quán)內反(fǎn)射(shè)。這消除了 GT 和(hé) GTh 產(chǎn)品固(gù)有的(dí)長光程(chéng)長度(dù)和吸(xī)收(shōu)表(biǎo)麵/外(wài)殼(ké)要(yào)求(qiú)，以(yǐ)及不希望的 IR 性(xìng)能(néng)隨波長的變(biàn)化(huà)。表 1 總結了(liǎo)綫(xiàn)柵(zhà)與基(jī)於格(gé)蘭棱鏡(jìng)的設(shè)計(jì)在(zài)設(shè)計(jì)，外形尺寸和環(huán)境方(fāng)麵(miàn)的(dí)差異。
 

結(jié)論(lùn)

與(yǔ)格(gé)蘭(lán)-泰勒(lè)和(hé)格蘭-湯(tāng)普森(sēn)設計相比，ProFlux UVD 係列偏振器為偏振敏(mǐn)感(gǎn)的光(guāng)譜應(yīng)用(yòng)提(tí)供了(liǎo)更(gēng)好(hǎo)的寬(kuān)帶(dài)性能(néng)。熔融(róng)石英(yīng)基底上的(dí)鋁納米綫柵(zhà)設計是深亞波長(cháng)的，提(tí)供出色的(dí)對(duì)比度(dù)和(hé)通光(guāng)態透(tòu)過(guò)率，從紫外(wài)到(dào)短(duǎn)波紅外(wài)的(dí)性能變(biàn)化極小。寬視場角和(hé)節省(shěng)空(kōng)間的外形(xíng)尺(chǐ)寸(cùn)在(zài)簡(jiǎn)化(huà)係(xì)統設計(jì)的同(tóng)時，提(tí)高了(liǎo)性(xìng)能(néng)和效率。典型的寬(kuān)帶(dài)性能(néng)曲(qū)綫見(jiàn)圖 5。

圖 5 ProFlux UVD 係列(liè)典型寬帶性(xìng)能曲綫：通(tōng)光態透過率(shuài)（Tp）和(hé)對比(bǐ)度(dù)（通(tōng)光(guāng)態(tài)/消(xiāo)光態透過率(shuài)）