ملخص
تستخدم بصريات الاستقطاب لتغيير حالة استقطاب الإشعاع الساقط. تشتمل بصريات الاستقطاب لدينا على المستقطبات، والألواح الموجية/المثبطات، ومزيلات الاستقطاب، ودوارات فاراداي، والعوازل البصرية فوق النطاقات الطيفية للأشعة فوق البنفسجية أو المرئية أو الأشعة تحت الحمراء.
1064 نانومتر دوار فاراداي
عازل الفضاء الحر
مستقطب Nd-YAG ذو الطاقة العالية
يركز التصميم البصري في كثير من الأحيان على الطول الموجي وشدة الضوء، مع إهمال استقطابه. ومع ذلك، فإن الاستقطاب هو خاصية مهمة للضوء كموجة. الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، والمجال الكهربائي لهذه الموجة يتأرجح بشكل عمودي على اتجاه الانتشار. تصف حالة الاستقطاب اتجاه تذبذب الموجة بالنسبة لاتجاه الانتشار. يسمى الضوء غير مستقطب إذا كان اتجاه هذا المجال الكهربائي يتقلب بشكل عشوائي مع مرور الوقت. إذا كان اتجاه المجال الكهربائي للضوء محددًا جيدًا، فإنه يسمى الضوء المستقطب. المصدر الأكثر شيوعًا للضوء المستقطب هو الليزر. اعتمادًا على كيفية توجيه المجال الكهربائي، نقوم بتصنيف الضوء المستقطب إلى ثلاثة أنواع من الاستقطابات:
★الاستقطاب الخطي: يكون التذبذب والانتشار في مستوى واحد.Theالمجال الكهربائي للضوء المستقطب خطيا cيتكون من عمودين متعامدين متساويين في السعة وخطيين المكونات التي ليس لها فرق الطور.يقتصر المجال الكهربائي الناتج للضوء على مستوى واحد على طول اتجاه الانتشار.
★الاستقطاب الدائري: يتغير اتجاه الضوء مع مرور الوقت بطريقة حلزونية. يتكون المجال الكهربائي للضوء من مكونين خطيين متعامدين مع بعضهما البعض، متساويين في السعة، لكن فرق الطور بينهما π/2. يدور المجال الكهربائي الناتج للضوء في دائرة حول اتجاه الانتشار.
★الاستقطاب الإهليلجي: يصف المجال الكهربائي للضوء المستقطب إهليلجيًا شكلًا بيضاويًا، مقارنة بدائرة بواسطة الاستقطاب الدائري. يمكن اعتبار هذا المجال الكهربائي عبارة عن مزيج من مكونين خطيين بسعات مختلفة و/أو فرق طور ليس π/2. هذا هو الوصف الأكثر عمومية للضوء المستقطب، ويمكن اعتبار الضوء المستقطب الدائري والخطي حالات خاصة للضوء المستقطب إهليلجيًا.
غالبًا ما يشار إلى حالتي الاستقطاب الخطي المتعامدين باسم "S" و"P"،هميتم تعريفها من خلال اتجاهها النسبي إلى مستوى الإصابة.الضوء المستقطب Pالذي يتأرجح موازيًا لهذا المستوى هو "P"، في حين أن الضوء المستقطب s الذي له مجال كهربائي مستقطب عموديًا على هذا المستوى هو "S".المستقطباتهي عناصر بصرية أساسية للتحكم في الاستقطاب، ونقل حالة الاستقطاب المرغوبة بينما تعكس الباقي أو تمتصه أو انحرافه. هناك مجموعة واسعة من أنواع المستقطبات، ولكل منها مميزاته وعيوبه. لمساعدتك في اختيار المستقطب الأفضل لتطبيقك، سنناقش مواصفات المستقطب بالإضافة إلى دليل اختيار المستقطبات.
ف و S بول. يتم تعريفها من خلال اتجاهها النسبي إلى مستوى الإصابة
مواصفات المستقطب
يتم تعريف المستقطبات من خلال عدد قليل من المعلمات الأساسية، وبعضها خاص ببصريات الاستقطاب. أهم المعلمات هي:
⊙الإرسال: تشير هذه القيمة إما إلى انتقال الضوء المستقطب خطياً في اتجاه محور الاستقطاب، أو إلى انتقال الضوء غير المستقطب عبر المستقطب. النقل الموازي هو نقل الضوء غير المستقطب من خلال مستقطبين مع محاذاة محاور استقطابهما على التوازي، بينما النقل المتقاطع هو نقل الضوء غير المستقطب من خلال مستقطبين مع تقاطع محاور استقطابهما. بالنسبة للمستقطبين المثاليين، يكون انتقال الضوء المستقطب خطيًا الموازي لمحور الاستقطاب 100%، والإرسال الموازي 50%، والإرسال المتقاطع 0%. يمكن اعتبار الضوء غير المستقطب مزيجًا عشوائيًا سريع التغير من الضوء المستقطب p وs. سوف ينقل المستقطب الخطي المثالي واحدًا فقط من الاستقطابين الخطيين، مما يقلل من الكثافة الأولية غير المستقطبة I0بمقدار النصف، أيأنا = أنا0/2،لذا فإن النقل المتوازي (للضوء غير المستقطب) هو 50%. للضوء المستقطب خطيًا بكثافة I0، يمكن وصف الكثافة المنقولة عبر المستقطب المثالي I بقانون مالوس، أيأنا = أنا0كوس2Øحيث θ هي الزاوية بين الاستقطاب الخطي الساقط ومحور الاستقطاب. نرى أنه بالنسبة للمحاور المتوازية، يتم تحقيق انتقال بنسبة 100%، بينما بالنسبة للمحاور 90 درجة، والمعروفة أيضًا باسم المستقطبات المتقاطعة، يكون هناك انتقال بنسبة 0%، لذا يكون النقل المتقاطع 0%. ومع ذلك، في تطبيقات العالم الحقيقي، لا يمكن أن يكون الإرسال أبدًا 0٪ بالضبط، لذلك، تتميز المستقطبات بنسبة انقراض كما هو موضح أدناه، والتي يمكن استخدامها لتحديد الإرسال الفعلي من خلال مستقطبين متقاطعين.
⊙نسبة الانقراض ودرجة الاستقطاب: عادةً ما يتم تحديد خصائص الاستقطاب للمستقطب الخطي من خلال درجة الاستقطاب أو كفاءة الاستقطاب، أي P=(T1-T2)/(ت1+T2) ونسبة انقراضها، أي ρp=T2/T1حيث النفاذيات الرئيسية للضوء المستقطب خطيا من خلال المستقطب هي T1 و T2. T1 هو الحد الأقصى للإرسال عبر المستقطب ويحدث عندما يكون محور إرسال المستقطب موازيًا لاستقطاب الحزمة المستقطبة خطيًا ؛ T2 هو الحد الأدنى للإرسال عبر المستقطب ويحدث عندما يكون محور نقل المستقطب متعامدًا مع استقطاب الحزمة المستقطبة خطيًا الساقطة.
غالبًا ما يتم التعبير عن أداء انقراض المستقطب الخطي كـ 1 / ρp : 1. تتراوح هذه المعلمة من أقل من 100:1 (مما يعني أن لديك نقل للضوء المستقطب P 100 مرة أكثر من الضوء المستقطب S) لمستقطبات الألواح الاقتصادية إلى 106:1 للمستقطبات البلورية ثنائية الانكسار عالية الجودة. تختلف نسبة الانقراض عادةً باختلاف الطول الموجي وزاوية الحادث ويجب تقييمها جنبًا إلى جنب مع عوامل أخرى مثل التكلفة والحجم والنقل المستقطب لتطبيق معين. بالإضافة إلى نسبة الانقراض، يمكننا قياس أداء المستقطب من خلال توصيف الكفاءة. تسمى درجة كفاءة الاستقطاب "التباين"، وتستخدم هذه النسبة بشكل شائع عند النظر في تطبيقات الإضاءة المنخفضة حيث تكون خسائر الكثافة حرجة.
⊙زاوية القبول: زاوية القبول هي أكبر انحراف عن زاوية سقوط التصميم التي سيظل أداء المستقطب عندها ضمن المواصفات. تم تصميم معظم المستقطبات للعمل عند زاوية سقوط تبلغ 0 درجة أو 45 درجة، أو عند زاوية بروستر. تعتبر زاوية القبول مهمة للمحاذاة ولكنها لها أهمية خاصة عند العمل مع الحزم غير المتوازية. تتمتع الشبكة السلكية والمستقطبات ثنائية اللون بزوايا قبول أكبر، تصل إلى زاوية قبول كاملة تبلغ حوالي 90 درجة.
⊙البناء: المستقطبات تأتي في أشكال وتصميمات عديدة. مستقطبات الأغشية الرقيقة هي أغشية رقيقة تشبه المرشحات الضوئية. إن مقسمات الأشعة ذات الألواح المستقطبة عبارة عن ألواح مسطحة رفيعة موضوعة بزاوية مع الحزمة. تتكون أجهزة تقسيم الأشعة المكعبة المستقطبة من منشورين قائمي الزاوية مثبتين معًا عند الوتر.
تتكون المستقطبات ثنائية الانكسار من منشورين بلوريين مثبتين معًا، حيث يتم تحديد زاوية المنشور من خلال تصميم المستقطب المحدد.
⊙الفتحة الواضحة: عادة ما تكون الفتحة الواضحة أكثر تقييدًا بالنسبة للمستقطبات ثنائية الانكسار، نظرًا لأن توفر البلورات النقية بصريًا يحد من حجم هذه المستقطبات. تتمتع المستقطبات ثنائية اللون بأكبر فتحات واضحة متاحة حيث أن تصنيعها يفسح المجال لأحجام أكبر.
⊙طول المسار البصري: يجب أن ينتقل الضوء عبر المستقطب. تعتبر أطوال المسار البصري مهمة بالنسبة للتشتت، وعتبات الضرر، وقيود المساحة، ويمكن أن تكون كبيرة في المستقطبات ثنائية الانكسار ولكنها عادة ما تكون قصيرة في المستقطبات ثنائية اللون.
⊙عتبة الضرر: يتم تحديد عتبة الضرر بالليزر من خلال المادة المستخدمة بالإضافة إلى تصميم المستقطب، حيث تتمتع المستقطبات ثنائية الانكسار عادةً بأعلى عتبة ضرر. غالبًا ما يكون الأسمنت العنصر الأكثر عرضة للتلف بالليزر، وهذا هو السبب في أن مقسمات الأشعة التي يتم الاتصال بها بصريًا أو المستقطبات ثنائية الانكسار المتباعدة بالهواء لها عتبات ضرر أعلى.
دليل اختيار المستقطب
هناك عدة أنواع من المستقطبات بما في ذلك ثنائي اللون، والمكعب، والشبكة السلكية، والبلورية. لا يوجد نوع واحد من المستقطبات مثالي لكل تطبيق، فكل نوع لديه نقاط قوة ونقاط ضعف فريدة خاصة به.
تنقل المستقطبات ثنائية اللون حالة استقطاب محددة بينما تحجب جميع الحالات الأخرى. يتكون البناء النموذجي من ركيزة مغلفة واحدة أو فيلم بوليمر مزدوج اللون، محصور بين لوحين زجاجيين. عندما ينتقل شعاع طبيعي عبر المادة مزدوجة اللون، يتم امتصاص أحد مكونات الاستقطاب المتعامد للحزمة بقوة ويخرج الآخر بامتصاص ضعيف. لذلك، يمكن استخدام مستقطب الصفائح مزدوج اللون لتحويل الشعاع المستقطب عشوائيًا إلى شعاع مستقطب خطيًا. بالمقارنة مع المنشورات المستقطبة، يوفر المستقطب ذو الصفائح ثنائية اللون حجمًا أكبر بكثير وزاوية مقبولة. بينما ستشاهد نسبة انقراض عالية إلى نسب التكلفة، فإن البناء يحد من استخدام أشعة الليزر عالية الطاقة أو درجات الحرارة المرتفعة. تتوفر المستقطبات ثنائية اللون في مجموعة واسعة من الأشكال، بدءًا من الأغشية الرقائقية منخفضة التكلفة وحتى المستقطبات عالية التباين الدقيقة.
تمتص المستقطبات ثنائية اللون حالة الاستقطاب غير المرغوب فيها
يتم تصنيع مقسمات الأشعة المكعبة المستقطبة من خلال ربط منشورين قائمي الزاوية مع وتر مغلف. عادةً ما يتم تصنيع الطبقة المستقطبة من طبقات متناوبة من مواد ذات مؤشر مرتفع ومنخفض تعكس الضوء المستقطب S وتنقل P. والنتيجة هي شعاعين متعامدين في شكل يسهل تركيبه ومحاذاته. يمكن للطبقات المستقطبة عادةً أن تتحمل كثافة الطاقة العالية، إلا أن المواد اللاصقة المستخدمة لتدعيم المكعبات يمكن أن تفشل. يمكن التخلص من وضع الفشل هذا من خلال الاتصال البصري. في حين أننا عادة ما نرى تباينًا عاليًا للشعاع المرسل، إلا أن التباين المنعكس عادة ما يكون أقل.
تتميز مستقطبات الشبكة السلكية بمجموعة من الأسلاك المجهرية على ركيزة زجاجية والتي تنقل بشكل انتقائي الضوء المستقطب P وتعكس الضوء المستقطب S. نظرًا للطبيعة الميكانيكية، تتميز مستقطبات الشبكة السلكية بنطاق طول موجي محدود فقط بنقل الركيزة مما يجعلها مثالية لتطبيقات النطاق العريض التي تتطلب استقطابًا عالي التباين.
ينتقل الاستقطاب بشكل عمودي على الأسلاك المعدنية
ينقل المستقطب البلوري الاستقطاب المطلوب ويحرف الباقي باستخدام خصائص الانكسار المزدوج للمواد البلورية
تستخدم المستقطبات البلورية خصائص الركيزة ثنائية الانكسار لتغيير حالة استقطاب الضوء الوارد. تحتوي المواد ثنائية الانكسار على مؤشرات انكسار مختلفة قليلاً للضوء المستقطب في اتجاهات مختلفة مما يتسبب في انتقال حالات الاستقطاب المختلفة عبر المادة بسرعات مختلفة.
مستقطبات ولاستون هي نوع من المستقطبات البلورية التي تتكون من منشورين ثنائيي الانكسار بزاوية قائمة ملتصقين ببعضهما البعض، بحيث تكون محاورهما الضوئية متعامدة. بالإضافة إلى ذلك، فإن عتبة الضرر العالية للمستقطبات البلورية تجعلها مثالية لتطبيقات الليزر.
ولاستون المستقطب
تتضمن مجموعة المستقطبات الشاملة من Paralight Optics مقسمات شعاع مكعبة مستقطبة، وPBS عالية الأداء بقناتين، ومقسمات شعاع مكعبة استقطابية عالية الطاقة، ومقسمات شعاعية للوحة مستقطبة 56 درجة، ومستقطبات شعاعية للوحة مستقطبة 45 درجة، ومستقطبات صفائح ثنائية اللون، ومستقطبات خطية للجسيمات النانوية، ومستقطبات ثنائية الانكسار أو مستقطبات بلورية (Glan) مستقطبات تايلور، ومستقطبات ليزر جلان، ومستقطبات جلان طومسون، ومستقطبات ولاستون، ومستقطبات روشون)، والمستقطبات الدائرية المتغيرة، ومبدلات/مجمعات شعاع الاستقطاب.
مستقطبات خط الليزر
لمزيد من المعلومات التفصيلية حول بصريات الاستقطاب أو للحصول على عرض أسعار، يرجى الاتصال بنا.
