Descripción general
La óptica de polarización se utiliza para cambiar el estado de polarización de la radiación incidente. Nuestras ópticas de polarización incluyen polarizadores, placas de onda/retardadores, despolarizadores, rotadores de Faraday y aisladores ópticos en los rangos espectrales UV, visible o IR.
Rotador de Faraday de 1064 nm
Aislador de espacio libre
Polarizador Nd-YAG de alta potencia
El diseño óptico frecuentemente se centra en la longitud de onda y la intensidad de la luz, descuidando su polarización. La polarización, sin embargo, es una propiedad importante de la luz como onda. La luz es una onda electromagnética y el campo eléctrico de esta onda oscila perpendicularmente a la dirección de propagación. El estado de polarización describe la orientación de la oscilación de la onda en relación con la dirección de propagación. La luz se llama no polarizada si la dirección de este campo eléctrico fluctúa aleatoriamente en el tiempo. Si la dirección del campo eléctrico de la luz está bien definida, se llama luz polarizada. La fuente más común de luz polarizada es un láser. Dependiendo de cómo esté orientado el campo eléctrico clasificamos la luz polarizada en tres tipos de polarizaciones:
★Polarización lineal: la oscilación y la propagación están en un solo plano.Thecampo eléctrico de luz polarizada linealmente cconsta de dos perpendiculares, iguales en amplitud, lineales. Componentes que no tienen diferencia de fase.El campo eléctrico de luz resultante está confinado a un solo plano a lo largo de la dirección de propagación.
★Polarización circular: la orientación de la luz cambia con el tiempo de forma helicoidal. El campo eléctrico de la luz consta de dos componentes lineales perpendiculares entre sí, de igual amplitud, pero con una diferencia de fase de π/2. El campo eléctrico de luz resultante gira en un círculo alrededor de la dirección de propagación.
★Polarización elíptica: el campo eléctrico de la luz polarizada elípticamente describe una elipse, comparado con un círculo por polarización circular. Este campo eléctrico puede considerarse como la combinación de dos componentes lineales con diferentes amplitudes y/o una diferencia de fase que no es π/2. Ésta es la descripción más general de la luz polarizada, y la luz polarizada circular y lineal puede verse como casos especiales de luz polarizada elípticamente.
Los dos estados de polarización lineal ortogonales a menudo se denominan "S" y "P".ellosse definen por su orientación relativa al plano de incidencia.Luz polarizada Pque oscila paralelamente a este plano son “P”, mientras que la luz s-polarizada que tiene un campo eléctrico polarizado perpendicular a este plano es “S”.Polarizadoresson elementos ópticos clave para controlar su polarización, transmitiendo un estado de polarización deseado mientras reflejan, absorben o desvían el resto. Existe una amplia variedad de tipos de polarizadores, cada uno con sus propias ventajas y desventajas. Para ayudarlo a seleccionar el mejor polarizador para su aplicación, analizaremos las especificaciones del polarizador y la guía de selección de polarizadores.
P y S pol. se definen por su orientación relativa al plano de incidencia
Especificaciones del polarizador
Los polarizadores se definen mediante algunos parámetros clave, algunos de los cuales son específicos de la óptica de polarización. Los parámetros más importantes son:
⊙Transmisión: este valor se refiere a la transmisión de luz polarizada linealmente en la dirección del eje de polarización o a la transmisión de luz no polarizada a través del polarizador. La transmisión paralela es la transmisión de luz no polarizada a través de dos polarizadores con sus ejes de polarización alineados en paralelo, mientras que la transmisión cruzada es la transmisión de luz no polarizada a través de dos polarizadores con sus ejes de polarización cruzados. Para polarizadores ideales, la transmisión de luz polarizada linealmente paralela al eje de polarización es del 100%, la transmisión en paralelo es del 50% y la transmisión cruzada es del 0%. La luz no polarizada puede considerarse una combinación aleatoria que varía rápidamente de luz polarizada p y s. Un polarizador lineal ideal solo transmitirá una de las dos polarizaciones lineales, reduciendo la intensidad no polarizada inicial I.0a la mitad, es decir,yo=yo0/2,entonces la transmisión en paralelo (para luz no polarizada) es del 50%. Para luz polarizada linealmente con intensidad I0, la intensidad transmitida a través de un polarizador ideal, I, puede describirse mediante la ley de Malus, es decir,yo=yo0porque2Ødonde θ es el ángulo entre la polarización lineal incidente y el eje de polarización. Vemos que para ejes paralelos se consigue un 100% de transmisión, mientras que para ejes de 90°, también conocidos como polarizadores cruzados, hay un 0% de transmisión, por lo que la transmisión cruzada es 0%. Sin embargo, en aplicaciones del mundo real la transmisión nunca podría ser exactamente 0%; por lo tanto, los polarizadores se caracterizan por una relación de extinción como se describe a continuación, que se puede utilizar para determinar la transmisión real a través de dos polarizadores cruzados.
⊙Relación de extinción y grado de polarización.: Las propiedades polarizadoras de un polarizador lineal generalmente se definen por el grado de polarización o la eficiencia de polarización, es decir, P = (T1-T2)/(T1+T2) y su relación de extinción, es decir, ρp=T2/T1donde las principales transmitancias de la luz polarizada linealmente a través de un polarizador son T1 y T2. T1 es la transmisión máxima a través del polarizador y ocurre cuando el eje de transmisión del polarizador es paralelo a la polarización del haz incidente linealmente polarizado; T2 es la transmisión mínima a través del polarizador y ocurre cuando el eje de transmisión del polarizador es perpendicular a la polarización del haz incidente linealmente polarizado.
El rendimiento de extinción de un polarizador lineal a menudo se expresa como 1 / ρp : 1. Este parámetro varía desde menos de 100:1 (lo que significa que tiene 100 veces más transmisión para la luz polarizada P que para la luz polarizada S) para polarizadores de láminas económicos hasta 106:1 para polarizadores cristalinos birrefringentes de alta calidad. La relación de extinción generalmente varía según la longitud de onda y el ángulo de incidencia y debe evaluarse junto con otros factores como el costo, el tamaño y la transmisión polarizada para una aplicación determinada. Además del índice de extinción, podemos medir el rendimiento de un polarizador caracterizando la eficiencia. El grado de eficiencia de polarización se llama "contraste", esta relación se usa comúnmente cuando se consideran aplicaciones con poca luz donde las pérdidas de intensidad son críticas.
⊙Ángulo de aceptación: El ángulo de aceptación es la desviación más grande del ángulo de incidencia de diseño en el que el polarizador aún funcionará dentro de las especificaciones. La mayoría de los polarizadores están diseñados para funcionar en un ángulo de incidencia de 0° o 45°, o en el ángulo de Brewster. El ángulo de aceptación es importante para la alineación, pero tiene particular importancia cuando se trabaja con vigas no colimadas. Los polarizadores de rejilla de alambre y dicroicos tienen los ángulos de aceptación más grandes, hasta un ángulo de aceptación total de casi 90°.
⊙Construcción: Los polarizadores vienen en muchas formas y diseños. Los polarizadores de película delgada son películas delgadas similares a los filtros ópticos. Los divisores de haz de placas polarizadoras son placas delgadas y planas colocadas en ángulo con respecto al haz. Los divisores de haz de cubo polarizantes constan de dos prismas en ángulo recto montados juntos en la hipotenusa.
Los polarizadores birrefringentes constan de dos prismas cristalinos montados juntos, donde el ángulo de los prismas está determinado por el diseño específico del polarizador.
⊙Apertura clara: la apertura clara suele ser más restrictiva para los polarizadores birrefringentes, ya que la disponibilidad de cristales ópticamente puros limita el tamaño de estos polarizadores. Los polarizadores dicroicos tienen las aperturas claras más grandes disponibles, ya que su fabricación se presta para tamaños más grandes.
⊙Longitud del camino óptico: La longitud que la luz debe recorrer a través del polarizador. Importante para la dispersión, los umbrales de daño y las limitaciones de espacio, las longitudes de los caminos ópticos pueden ser significativas en los polarizadores birrefringentes, pero suelen ser cortas en los polarizadores dicroicos.
⊙Umbral de daño: el umbral de daño del láser está determinado por el material utilizado y el diseño del polarizador; los polarizadores birrefringentes suelen tener el umbral de daño más alto. El cemento es a menudo el elemento más susceptible al daño del láser, razón por la cual los divisores de haz con contacto óptico o los polarizadores birrefringentes espaciados por aire tienen umbrales de daño más altos.
Guía de selección de polarizador
Hay varios tipos de polarizadores, incluidos los dicroicos, cúbicos, de rejilla y cristalinos. Ningún tipo de polarizador es ideal para todas las aplicaciones, cada uno tiene sus propias fortalezas y debilidades.
Los polarizadores dicroicos transmiten un estado de polarización específico mientras bloquean todos los demás. La construcción típica consiste en un sustrato con un solo revestimiento o una película dicroica de polímero, intercalada con dos placas de vidrio. Cuando un haz natural se transmite a través del material dicroico, uno de los componentes de polarización ortogonal del haz se absorbe fuertemente y el otro sale con una absorción débil. Por lo tanto, el polarizador de lámina dicroica se puede utilizar para convertir un haz polarizado aleatoriamente en un haz polarizado linealmente. En comparación con los prismas polarizadores, el polarizador de lámina dicroica ofrece un tamaño mucho mayor y un ángulo aceptable. Si bien verá una alta relación de extinción a costo, la construcción limita el uso de láseres de alta potencia o altas temperaturas. Los polarizadores dicroicos están disponibles en una amplia gama de formas, desde películas laminadas de bajo costo hasta polarizadores de precisión de alto contraste.
Los polarizadores dicroicos absorben el estado de polarización no deseado.
Los divisores de haz de cubo polarizador se fabrican uniendo dos prismas en ángulo recto con una hipotenusa recubierta. El recubrimiento polarizador generalmente se construye con capas alternas de materiales de alto y bajo índice que reflejan la luz polarizada S y transmiten P. El resultado son dos haces ortogonales en una forma que es fácil de montar y alinear. Los recubrimientos polarizantes normalmente pueden soportar una alta densidad de potencia, sin embargo, los adhesivos utilizados para cementar los cubos pueden fallar. Este modo de falla se puede eliminar mediante contacto óptico. Si bien normalmente vemos un alto contraste en el haz transmitido, el contraste reflejado suele ser menor.
Los polarizadores de rejilla de alambre cuentan con una serie de cables microscópicos sobre un sustrato de vidrio que transmite selectivamente luz polarizada P y refleja luz polarizada S. Debido a su naturaleza mecánica, los polarizadores de rejilla de alambre presentan una banda de longitud de onda que está limitada únicamente por la transmisión del sustrato, lo que los hace ideales para aplicaciones de banda ancha que requieren polarización de alto contraste.
Se transmite la polarización perpendicular a los hilos metálicos.
El polarizador cristalino transmite una polarización deseada y desvía el resto utilizando las propiedades birrefringentes de sus materiales cristalinos.
Los polarizadores cristalinos utilizan las propiedades birrefringentes del sustrato para alterar el estado de polarización de la luz entrante. Los materiales birrefringentes tienen índices de refracción ligeramente diferentes para la luz polarizada en diferentes orientaciones, lo que hace que los diferentes estados de polarización viajen a través del material a diferentes velocidades.
Los polarizadores Wollaston son un tipo de polarizadores cristalinos que constan de dos prismas birrefringentes en ángulo recto cementados entre sí, de modo que sus ejes ópticos sean perpendiculares. Además, el alto umbral de daño de los polarizadores cristalinos los hace ideales para aplicaciones láser.
Polarizador Wollaston
La amplia gama de polarizadores de Paralight Optics incluye divisores de haz de cubo polarizador, PBS de dos canales de alto rendimiento, divisores de haz de cubo polarizador de alta potencia, divisores de haz de placa polarizadora de 56°, divisores de haz de placa polarizadora de 45°, polarizadores de lámina dicroica, polarizadores lineales de nanopartículas, polarizadores birrefringentes o cristalinos (Glan Polarizadores Taylor, Polarizadores láser Glan, Polarizadores Glan Thompson, Polarizadores Wollaston, Polarizadores Rochon), Polarizadores circulares variables y Combinadores/desplazadores de haz polarizador.
Polarizadores de línea láser
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