Visió general
L'òptica de polarització s'utilitza per canviar l'estat de polarització de la radiació incident. La nostra òptica de polarització inclou polaritzadors, plaques / retardadors d'ona, despolaritzadors, rotadors de Faraday i aïlladors òptics en els rangs espectrals UV, visible o IR.
Rotador de Faraday de 1064 nm
Aïllador d'espai lliure
Polaritzador Nd-YAG d'alta potència
El disseny òptic sovint se centra en la longitud d'ona i la intensitat de la llum, sense deixar de banda la seva polarització. La polarització, però, és una propietat important de la llum com a ona. La llum és una ona electromagnètica, i el camp elèctric d'aquesta ona oscil·la perpendicularment a la direcció de propagació. L'estat de polarització descriu l'orientació de l'oscil·lació de l'ona en relació amb la direcció de propagació. La llum s'anomena no polaritzada si la direcció d'aquest camp elèctric fluctua aleatòriament en el temps. Si la direcció del camp elèctric de la llum està ben definida, s'anomena llum polaritzada. La font més comuna de llum polaritzada és un làser. Segons com estigui orientat el camp elèctric, classifiquem la llum polaritzada en tres tipus de polaritzacions:
★Polarització lineal: l'oscil·lació i la propagació es troben en un sol pla.Thecamp elèctric de llum polaritzada linealment cconsta de dues perpendiculars, d'igual amplitud, lineals components que no tenen diferència de fase.El camp elèctric resultant de la llum es limita a un sol pla al llarg de la direcció de propagació.
★Polarització circular: l'orientació de la llum canvia amb el temps de manera helicoïdal. El camp elèctric de la llum està format per dues components lineals que són perpendiculars entre si, iguals en amplitud, però que tenen una diferència de fase de π/2. El camp elèctric resultant de la llum gira en cercle al voltant de la direcció de propagació.
★Polarització el·líptica: el camp elèctric de la llum polaritzada el·lípticament descriu una el·lipse, en comparació amb un cercle per polarització circular. Aquest camp elèctric es pot considerar com la combinació de dos components lineals amb diferents amplituds i/o una diferència de fase que no és π/2. Aquesta és la descripció més general de la llum polaritzada, i la llum polaritzada circular i lineal es pot veure com a casos especials de llum polaritzada el·lípticament.
Els dos estats de polarització lineal ortogonals es coneixen sovint com "S" i "P".ellses defineixen per la seva orientació relativa al pla d'incidència.Llum P-polaritzadaque està oscil·lant paral·lelament a aquest pla són "P", mentre que la llum polaritzada s que té un camp elèctric polaritzat perpendicularment a aquest pla són "S".Polaritzadorssón elements òptics clau per controlar la teva polarització, transmetre l'estat de polarització desitjat mentre reflecteix, absorbeix o desvia la resta. Hi ha una gran varietat de tipus de polaritzadors, cadascun amb els seus propis avantatges i desavantatges. Per ajudar-vos a seleccionar el millor polaritzador per a la vostra aplicació, parlarem de les especificacions del polaritzador, així com de la guia de selecció de polaritzadors.
P i S pol. es defineixen per la seva orientació relativa al pla d'incidència
Especificacions del polaritzador
Els polaritzadors es defineixen per uns quants paràmetres clau, alguns dels quals són específics de l'òptica de polarització. Els paràmetres més importants són:
⊙Transmissió: aquest valor es refereix a la transmissió de llum polaritzada linealment en la direcció de l'eix de polarització, o bé a la transmissió de llum no polaritzada a través del polaritzador. La transmissió paral·lela és la transmissió de llum no polaritzada a través de dos polaritzadors amb els seus eixos de polarització alineats en paral·lel, mentre que la transmissió creuada és la transmissió de llum no polaritzada a través de dos polaritzadors amb els seus eixos de polarització creuats. Per als polaritzadors ideals, la transmissió de llum polaritzada linealment paral·lela a l'eix de polarització és del 100%, la transmissió paral·lela és del 50% i la transmissió creuada és del 0%. La llum no polaritzada es pot considerar una combinació aleatòria que varia ràpidament de llum polaritzada p i s. Un polaritzador lineal ideal només transmetrà una de les dues polaritzacions lineals, reduint la intensitat inicial no polaritzada I0a la meitat, és a dir,jo = jo0/2,de manera que la transmissió paral·lela (per a la llum no polaritzada) és del 50%. Per a llum polaritzada linealment amb intensitat I0, la intensitat transmesa a través d'un polaritzador ideal, I, es pot descriure per la llei de Malus, és a dir,jo = jo0cos2Øon θ és l'angle entre la polarització lineal incident i l'eix de polarització. Veiem que per als eixos paral·lels s'aconsegueix una transmissió del 100%, mentre que per als eixos de 90°, també coneguts com a polaritzadors creuats, hi ha un 0% de transmissió, de manera que la transmissió creuada és del 0%. Tanmateix, en aplicacions del món real, la transmissió mai podria ser exactament del 0%, per tant, els polaritzadors es caracteritzen per una relació d'extinció tal com es descriu a continuació, que es pot utilitzar per determinar la transmissió real a través de dos polaritzadors creuats.
⊙Ratio d'extinció i grau de polarització: Les propietats polaritzadores d'un polaritzador lineal es defineixen normalment pel grau de polarització o eficiència de polarització, és a dir, P=(T1-T2)/(T1+T2) i la seva relació d'extinció, és a dir, ρp=T2/T1on les transmitàncies principals de la llum polaritzada linealment a través d'un polaritzador són T1 i T2. T1 és la transmissió màxima a través del polaritzador i es produeix quan l'eix de transmissió del polaritzador és paral·lel a la polarització del feix polaritzat linealment incident; T2 és la transmissió mínima a través del polaritzador i es produeix quan l'eix de transmissió del polaritzador és perpendicular a la polarització del feix polaritzat linealment incident.
El rendiment d'extinció d'un polaritzador lineal s'expressa sovint com 1 / ρp : 1. Aquest paràmetre oscil·la entre menys de 100:1 (és a dir, tens 100 vegades més transmissió per a la llum polaritzada P que la llum polaritzada S) per als polaritzadors de fulla econòmics fins a 10.6: 1 per a polaritzadors cristal·lins birrefringents d'alta qualitat. La relació d'extinció normalment varia amb la longitud d'ona i l'angle d'incidència i s'ha d'avaluar juntament amb altres factors com el cost, la mida i la transmissió polaritzada per a una aplicació determinada. A més de la relació d'extinció, podem mesurar el rendiment d'un polaritzador caracteritzant l'eficiència. El grau d'eficiència de polarització s'anomena "contrast", aquesta relació s'utilitza habitualment quan es consideren aplicacions de poca llum on les pèrdues d'intensitat són crítiques.
⊙Angle d'acceptació: l'angle d'acceptació és la desviació més gran de l'angle d'incidència del disseny en què el polaritzador encara funcionarà dins de les especificacions. La majoria dels polaritzadors estan dissenyats per treballar amb un angle d'incidència de 0° o 45°, o amb l'angle de Brewster. L'angle d'acceptació és important per a l'alineació, però té una importància especial quan es treballa amb feixos no col·limats. La xarxa de filferro i els polaritzadors dicroics tenen els angles d'acceptació més grans, fins a un angle d'acceptació total de gairebé 90 °.
⊙Construcció: els polaritzadors tenen moltes formes i dissenys. Els polaritzadors de pel·lícula fina són pel·lícules primes semblants als filtres òptics. Els divisors de feixos de plaques polaritzadores són plaques fines i planes col·locades en angle respecte al feix. Els divisors de feixos cubs polaritzadors consisteixen en dos prismes d'angle recte muntats junts a la hipotenusa.
Els polaritzadors birefringents consisteixen en dos prismes cristal·lins muntats junts, on l'angle dels prismes està determinat pel disseny específic del polaritzador.
⊙Obertura clara: l'obertura clara és normalment la més restrictiva per als polaritzadors birefringents, ja que la disponibilitat de cristalls òpticament purs limita la mida d'aquests polaritzadors. Els polaritzadors dicroics tenen les obertures clares més grans disponibles, ja que la seva fabricació es presta a mides més grans.
⊙Longitud del camí òptic: la longitud de la llum ha de viatjar a través del polaritzador. Important per a la dispersió, els llindars de dany i les limitacions d'espai, les longituds del camí òptic poden ser importants en els polaritzadors birefringents, però solen ser curtes en els polaritzadors dicroics.
⊙Llindar de dany: el llindar de dany del làser està determinat pel material utilitzat, així com pel disseny del polaritzador, amb els polaritzadors birrefringents que solen tenir el llindar de dany més alt. El ciment és sovint l'element més susceptible al dany del làser, per això els divisors de feixos en contacte òptica o els polaritzadors birefringents espaiats per aire tenen llindars de dany més alts.
Guia de selecció de polaritzadors
Hi ha diversos tipus de polaritzadors, com ara el dicroic, el cub, el filferro i el cristal·lí. Cap tipus de polaritzador és ideal per a cada aplicació, cadascun té els seus punts forts i febles únics.
Els polaritzadors dicroics transmeten un estat de polarització específic mentre bloquegen tots els altres. La construcció típica consisteix en un substrat recobert únic o pel·lícula dicroica de polímer, intercalades dues plaques de vidre. Quan un feix natural es transmet a través del material dicroic, un dels components de polarització ortogonal del feix s'absorbeix fortament i l'altre s'apaga amb una absorció feble. Per tant, el polaritzador de fulls dicroics es pot utilitzar per convertir un feix polaritzat aleatòriament en un feix polaritzat linealment. En comparació amb els prismes polaritzadors, el polaritzador de làmines dicroiques ofereix una mida molt més gran i un angle acceptable. Tot i que veureu unes relacions d'extinció/cost elevades, la construcció limita l'ús de làsers d'alta potència o altes temperatures. Els polaritzadors dicroics estan disponibles en una àmplia gamma de formes, que van des de pel·lícules laminades de baix cost fins a polaritzadors d'alt contrast de precisió.
Els polaritzadors dicroics absorbeixen l'estat de polarització no desitjat
Els divisors de feixos cubs polaritzats es fan unint dos prismes d'angle recte amb una hipotenusa recoberta. El recobriment polaritzador es construeix normalment amb capes alternes de materials d'índex alt i baix que reflecteixen la llum polaritzada S i transmeten P. El resultat són dos feixos ortogonals en una forma fàcil de muntar i alinear. Els recobriments polaritzadors solen suportar una alta densitat de potència, però els adhesius utilitzats per cimentar els cubs poden fallar. Aquest mode de fallada es pot eliminar mitjançant el contacte òptic. Tot i que normalment veiem un contrast alt per al feix transmès, el contrast reflectit sol ser més baix.
Els polaritzadors de reixeta de filferro inclouen una sèrie de cables microscòpics sobre un substrat de vidre que transmet selectivament la llum polaritzada P i reflecteix la llum polaritzada S. A causa de la naturalesa mecànica, els polaritzadors de xarxa de filferro presenten una banda de longitud d'ona que només està limitada per la transmissió del substrat, el que els fa ideals per a aplicacions de banda ampla que requereixen polarització d'alt contrast.
Es transmet la polarització perpendicular als cables metàl·lics
El polaritzador cristal·lí transmet la polarització desitjada i desvia la resta mitjançant l'ús de propietats birrefringents dels seus materials cristal·lins.
Els polaritzadors cristal·lins utilitzen les propietats birrefringents del substrat per alterar l'estat de polarització de la llum entrant. Els materials birefringents tenen índexs de refracció lleugerament diferents per a la llum polaritzada en diferents orientacions, cosa que fa que els diferents estats de polarització viatgen a través del material a diferents velocitats.
Els polaritzadors Wollaston són un tipus de polaritzadors cristal·lins que consisteixen en dos prismes d'angle recte birrefringents cimentats entre si, de manera que els seus eixos òptics són perpendiculars. A més, l'alt llindar de dany dels polaritzadors cristal·lins els fa ideals per a aplicacions làser.
Polaritzador Wollaston
L'extensa línia de polaritzadors de Paralight Optics inclou divisors de feix de cub polaritzat, PBS de dos canals d'alt rendiment, divisors de feix de cub de polarització d'alta potència, divisors de feix de placa polaritzant de 56 °, divisors de feix de placa polaritzant de 45 °, polaritzadors de fulls dicroics, polaritzadors lineals de nanopartícules o polaritzadors de cristall. Polaritzadors Taylor, polaritzadors làser Glan, polaritzadors Glan Thompson, polaritzadors Wollaston, polaritzadors Rochon), polaritzadors circulars variables i desplaçadors/combinadors de feix de polarització.
Polaritzadors de línia làser
Per obtenir informació més detallada sobre l'òptica de polarització o obtenir un pressupost, poseu-vos en contacte amb nosaltres.
