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太赫茲單色波片只能用于單一波長(zhǎng)，因?yàn)橄辔谎舆t很大程度上取決于波長(zhǎng)。 有時(shí)需要在指定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有幾乎恒定的延遲。 針對(duì)這種情況，我們開發(fā)了太赫茲寬帶相位轉(zhuǎn)換器（THz Broad-Band Phase Transformers）。

寬帶相位變壓器計(jì)算的基本方法是眾所周知的。但是，它們不適用于測(cè)量系統(tǒng)具有高分辨率的情況。 所以我們修改了方法以考慮干擾效應(yīng)。 寬帶相位變壓器由幾個(gè)特殊定向的水晶石英板組成。 這些板堆疊在一起并固定在支架中。 根據(jù)瓊斯形式主義，幾個(gè)延遲板的系統(tǒng)在光學(xué)上等同于僅包含兩個(gè)元素的系統(tǒng)：所謂的“延遲器”和“旋轉(zhuǎn)器”（請(qǐng)參見圖1）。 延遲器提供所需的相移（通常為π或π/2）。 旋轉(zhuǎn)器以角度ω轉(zhuǎn)動(dòng)偏振平面。

圖1.以瓊斯形式表示的寬帶相位變換器及其相對(duì)于偏振器和分析儀的位置

有兩種類型的寬帶相位轉(zhuǎn)換器：

1) ω不是0o，它取決于波長(zhǎng)。 我們稱之為“消色差偏振轉(zhuǎn)換器”（APC）。ω行為的示例如下。

圖2. a) APC L/4@60-300 um的角度ω

2) ω約為0o，在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)為常數(shù)。 在這種情況下，它通常是“消色差波片”（AWP），其工作原理與單色波片相同。

圖2. b) AWP L/4@60-95 um的角度ω

目前已開發(fā)出四分之一波消色差偏振轉(zhuǎn)換器、四分之一波和半波消色差波片。APC和AWP相對(duì)于偏光片和檢偏器的位置有一些特點(diǎn)（見圖1）。APC和AWP應(yīng)以θ角（APC和AWP的有效光軸角度）朝向偏振器。 角度θ略微取決于波長(zhǎng)（請(qǐng)參見下面的示例）。

圖3. a) APC L/4@60-300 um的有效光軸角度θ

圖3. b) AWP L/4@60-95 um的有效光軸角度θ

分析儀以β角朝向偏振器軸（請(qǐng)參見圖1）。在AWP的情況下，分析儀位置不取決于波長(zhǎng)。但是，如果我們處理APC，則應(yīng)根據(jù)以下條件調(diào)整分析儀：

1) ω(λ)相關(guān)性（請(qǐng)參見圖2a））如果將線偏振輻射轉(zhuǎn)換為圓偏振輻射；

2) β=ω(λ)±45o在圓極化轉(zhuǎn)換為線性極化的情況下。

ω的負(fù)號(hào)表示如果從偏光片一側(cè)看，需要將檢偏器向與θ的相反方向旋轉(zhuǎn)，即逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

實(shí)際上，我們可以為從60 um到3000 um的寬范圍內(nèi)的子范圍設(shè)計(jì)L/4 APC、L/4 AWP和L/2 AWP。子范圍值取決于具體需求。決定性參數(shù)之一是橢圓度容差（實(shí)現(xiàn)的圓極化與理想圓極化的偏差）。它可以是+/-3%、+/-10%或客戶指定的其他值。公差增加將允許擴(kuò)大操作范圍。

APC L/4@60-300um和AWP L/4@60-95um已使用圖1所示的方案進(jìn)行了測(cè)試?？紤]到θ (λ)依賴性（請(qǐng)分別參見圖3a和3b），APC和AWP相對(duì)于偏振器軸定位。使用FTIR光譜儀Bruker Vertex 70測(cè)量了分析儀不同位置的APC透射光譜（請(qǐng)參見圖4）。

圖4. APC L/4@60-300 um在不同分析儀位置測(cè)量的透射光譜

我們選擇了幾個(gè)波長(zhǎng)并繪制了圖表，顯示了這些波長(zhǎng)的APC傳輸對(duì)分析儀角度的依賴性（請(qǐng)參見圖5）。

圖5. APC L/4@60-300 um的測(cè)量透射率作為分析儀角度β的函數(shù)

如下圖所示，傳輸不依賴于角度（小數(shù)據(jù)傳播是由于我們的傅立葉測(cè)量的特征）。這意味著通過(guò)APC的輻射具有圓偏振，可確認(rèn)APC的正確操作。

AWP L/4@60-95um的光學(xué)特性已在雷根斯堡大學(xué)（德國(guó)）太赫茲中心使用高功率脈沖NH3激光器在77um和90um進(jìn)行了研究。 垂直偏振激光輻射以及通過(guò)AWP的圓偏振激光輻射被測(cè)量為分析儀旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)。 典型測(cè)量信號(hào)如圖6所示。與理想O形和8形的偏差不超過(guò)10%。 這些圖表證實(shí)了線偏振輻射到圓偏振輻射的正確轉(zhuǎn)換，反之亦然。

圖6. a)線偏振輻射通過(guò)AWPL/4@60-95um的情況下，激光輻射強(qiáng)度與分析儀旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系

圖6. b)在圓偏振輻射通過(guò)AWPL/4@60-95um的情況下，激光輻射強(qiáng)度與分析儀旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系