性能提升

圖 1 帶分析儀（檢偏器）的簡化分光光度計

圖 1 為一個帶有偏振分析儀（檢偏器）的簡化分光光度計光路圖。這種配置在檢測二向色和雙折射樣品、衍射光柵，或表征樣品的反射特性時非常有用。

此類分析儀（檢偏器）應用中典型的偏振器基于格蘭-泰勒（GT）或格蘭-湯普森（GTh）設計，通常使用方解石棱鏡。遺憾的是，方解石固有的吸收以及雜質引起的散射會嚴重限制 GT 和 GTh 設計在紫外波段的透過率和可達到的信噪比。Moxtek 的 ProFlux UVD 系列偏振器提供了一種替代方案，其深紫外透過率顯著提升，從而獲得更好的信噪比性能。
 

圖 2 ProFlux UVD260 與格蘭-湯普森偏振器在分析儀（檢偏器）（檢偏器）應用中的性能對比。(a) 分析儀（檢偏器）（檢偏器）通光態紫外透過
 

圖 2a 比較了標準方解石 GTh 分析儀（檢偏器）與 Moxtek UVD260 在紫外波段的通光態透過率，圖 2b 則比較了二者測量參考偏振器消光態透過率時的性能。GTh 分析儀（檢偏器）在紫外光通量上急劇下降，導致信噪比較差；而 UVD260 采用熔融石英制造，在深紫外區域仍保持優異的性能。

紅外性能

格蘭-泰勒（GT）和格蘭-湯普森（GTh）偏振器由兩個雙折射棱鏡組成，它們的斜面對角面之間要么以微小空氣隙隔開（GT），要么填充光學膠（GTh）。入射光束分離成正交偏振態依賴于全內反射，因此對光束準直和入射角度有嚴格要求。由于紅外波段折射率通常會降低，這導致 GT 和 GTh 設計允許偏離法線入射的角度減小。在光譜應用中，光束準直通常遠非理想，因此不希望的偏振態會產生明顯泄漏。

GT 和 GTh 偏振器通常只能容忍幾度的入射角偏差或較小的視場（錐角），超出后性能就會下降；而線柵偏振器的性能對角度和波長相對不敏感，且實際上沒有不希望的偏振態的紅外泄漏。ProFlux UVD 設計可以輕松適應法線入射 ±20° 的變化，性能變化極小。這對應 40° 的視場角，在使用準直性差的光源時能夠顯著提高光利用率，并簡化對準方面的顧慮。
 

圖 3 UVD260 與方解石格蘭-湯普森分析儀（檢偏器）（檢偏器）的紅外性能對比。(a) 使用 GTh（---）和 UVD260（---）分析儀（檢偏器）（檢偏器）對同一參考偏振器的消光態透過率測量。插圖為放大后遠離吸收共振的標尺。(b) GTh（---）和 UVD260（---）的通光態透過率。
 

圖 3b 給出了 GTh 和 UVD260 偏振器在通光態下的透過率。在 GTh 消光態測量中導致紅外泄漏峰的相同吸收特征，在通光態中同樣明顯。吸濕性方解石材料中約 2725 nm 處的水吸收線，在 GTh 中比在由鋁和紅外級熔融石英組成的 UVD260 中強得多。為了增強短波紅外的光通量和信噪比，UVD260 顯然更好。
 

圖 4 ProFlux UVD260（—）與格蘭-湯普森（—）偏振器的通光態/消光態透過率對比度。
 

環境與外形尺寸因素

UVD260 采用與 Moxtek 標準可見光譜線柵偏振器產品類似的材料，后者以在高溫高濕投影顯示應用中優異的持續性能而著稱。此外，UVD 系列的埋入式納米線設計有助于防止操作損壞和環境污染。方解石 GT 和 GTh 偏振器的紅外性能會因吸濕而隨時間明顯下降，而 UVD 系列線柵偏振器制造在非吸濕性熔融石英上，在潮濕環境中不會出現明顯的性能退化。

由于全內反射工作原理和大臨界角，GT 和 GTh 偏振器的長度與通光孔徑之比很大。隨著孔徑尺寸增大，這種長寬比要求使得基于棱鏡的設計在光學系統中占據比平面線柵偏振器配置（其厚度固定，通常為 2.1 mm，由基底和墊片厚度決定）大得多的空間。對于 UVD 系列線柵偏振器，無論孔徑尺寸如何，沿光束傳播方向所需的物理空間保持不變。副作用是，對于較大孔徑的 GT 和 GTh 設計，棱鏡長度也會增加，由于吸收和散射，這會降低紫外和短波紅外區域的性能。ProFlux UVD 系列偏振器能夠用一個部件覆蓋從深紫外到短波紅外的大多數光譜儀的整個光譜范圍，并且在使用有限尺寸寬帶光源時無需丟棄來自較大視場角的光線。

對于 GT 和 GTh 偏振器設計，為了消除內部反射光束，棱鏡側面要么有吸收涂層，要么高度拋光并封裝在吸收性外殼中。然而仍可能發生菲涅耳反射，導致不希望的偏振態從偏振器出射面泄漏。ProFlux UVD 系列偏振器通過各向異性吸收和反射機制在線柵表面分離光束，不依賴于雙折射和全內反射。這消除了 GT 和 GTh 產品固有的長光程長度和吸收表面/外殼要求，以及不希望的 IR 性能隨波長的變化。表 1 總結了線柵與基于格蘭棱鏡的設計在設計、外形尺寸和環境方面的差異。
 

結論

與格蘭-泰勒和格蘭-湯普森設計相比，ProFlux UVD 系列偏振器為偏振敏感的光譜應用提供了更好的寬帶性能。熔融石英基底上的鋁納米線柵設計是深亞波長的，提供出色的對比度和通光態透過率，從紫外到短波紅外的性能變化極小。寬視場角和節省空間的外形尺寸在簡化系統設計的同時，提高了性能和效率。典型的寬帶性能曲線見圖 5。

圖 5 ProFlux UVD 系列典型寬帶性能曲線：通光態透過率（Tp）和對比度（通光態/消光態透過率）