Visión xeral
A óptica de polarización utilízase para cambiar o estado de polarización da radiación incidente. A nosa óptica de polarización inclúe polarizadores, placas de ondas / retardadores, despolarizadores, rotadores de Faraday e illantes ópticos sobre os rangos espectrais UV, visible ou IR.
Rotador de Faraday de 1064 nm
Illado de espazo libre
Polarizador Nd-YAG de alta potencia
O deseño óptico céntrase frecuentemente na lonxitude de onda e na intensidade da luz, mentres descoida a súa polarización. A polarización, porén, é unha propiedade importante da luz como onda. A luz é unha onda electromagnética, e o campo eléctrico desta onda oscila perpendicularmente á dirección de propagación. O estado de polarización describe a orientación da oscilación da onda en relación coa dirección de propagación. A luz chámase non polarizada se a dirección deste campo eléctrico flutúa aleatoriamente no tempo. Se a dirección do campo eléctrico da luz está ben definida, chámase luz polarizada. A fonte máis común de luz polarizada é un láser. Dependendo de como estea orientado o campo eléctrico, clasificamos a luz polarizada en tres tipos de polarizacións:
★Polarización lineal: a oscilación e propagación son nun único plano.Thecampo eléctrico de luz polarizada linealmente cconsiste en dúas perpendiculares, iguais en amplitude, lineais compoñentes que non teñen diferenza de fase.O campo eléctrico resultante da luz está confinado nun único plano ao longo da dirección de propagación.
★Polarización circular: a orientación da luz cambia co paso do tempo de forma helicoidal. O campo eléctrico da luz está formado por dúas compoñentes lineais que son perpendiculares entre si, iguais en amplitude, pero que teñen unha diferenza de fase de π/2. O campo eléctrico resultante da luz xira nun círculo arredor da dirección de propagación.
★Polarización elíptica: o campo eléctrico da luz polarizada elípticamente describe unha elipse, en comparación cun círculo pola polarización circular. Este campo eléctrico pódese considerar como a combinación de dúas compoñentes lineais con diferentes amplitudes e/ou unha diferenza de fase que non é π/2. Esta é a descrición máis xeral da luz polarizada, e a luz polarizada circular e lineal pódese ver como casos especiais de luz polarizada elípticamente.
Os dous estados de polarización lineal ortogonais denomínanse a miúdo como "S" e "P".elesdefínense pola súa orientación relativa ao plano de incidencia.Luz P-polarizadaque está oscilando paralelamente a este plano son "P", mentres que a luz polarizada s que ten un campo eléctrico polarizado perpendicular a este plano son "S".Polarizadoresson elementos ópticos clave para controlar a súa polarización, transmitindo o estado de polarización desexado mentres reflicten, absorben ou desvian o resto. Hai unha gran variedade de tipos de polarizadores, cada un coas súas propias vantaxes e desvantaxes. Para axudarche a seleccionar o mellor polarizador para a túa aplicación, discutiremos as especificacións do polarizador así como a guía de selección de polarizadores.
P e S pol. defínense pola súa orientación relativa ao plano de incidencia
Especificacións do polarizador
Os polarizadores defínense por algúns parámetros clave, algúns dos cales son específicos da óptica de polarización. Os parámetros máis importantes son:
⊙Transmisión: este valor refírese á transmisión de luz polarizada linealmente na dirección do eixe de polarización ou á transmisión de luz non polarizada a través do polarizador. A transmisión paralela é a transmisión de luz non polarizada a través de dous polarizadores cos seus eixes de polarización aliñados en paralelo, mentres que a transmisión cruzada é a transmisión de luz non polarizada a través de dous polarizadores cos seus eixes de polarización cruzados. Para os polarizadores ideais, a transmisión de luz polarizada linealmente paralela ao eixe de polarización é do 100 %, a transmisión paralela é do 50 % e a transmisión cruzada é do 0 %. A luz non polarizada pódese considerar unha combinación aleatoria de variación rápida de luz polarizada p e s. Un polarizador lineal ideal só transmitirá unha das dúas polarizacións lineais, reducindo a intensidade inicial non polarizada I0á metade, é dicir,eu = eu0/2,polo que a transmisión paralela (para luz non polarizada) é do 50%. Para luz polarizada linealmente con intensidade I0, a intensidade transmitida a través dun polarizador ideal, I, pódese describir pola lei de Malus, é dicir,eu = eu0cos2Øonde θ é o ángulo entre a polarización lineal incidente e o eixe de polarización. Vemos que para eixes paralelos conséguese o 100% de transmisión, mentres que para eixes de 90°, tamén coñecidos como polarizadores cruzados, hai un 0% de transmisión, polo que a transmisión cruzada é do 0%. Non obstante, nas aplicacións do mundo real a transmisión nunca podería ser exactamente do 0%, polo tanto, os polarizadores caracterízanse por unha relación de extinción como se describe a continuación, que se pode usar para determinar a transmisión real a través de dous polarizadores cruzados.
⊙Razón de extinción e grao de polarización: As propiedades polarizantes dun polarizador lineal defínense normalmente polo grao de polarización ou pola eficiencia de polarización, é dicir, P=(T1-T2)/(T1+T2) e a súa razón de extinción, é dicir, ρp=T2/T1onde as transmitancias principais da luz polarizada linealmente a través dun polarizador son T1 e T2. T1 é a máxima transmisión a través do polarizador e prodúcese cando o eixe de transmisión do polarizador é paralelo á polarización do feixe incidente polarizado linealmente; T2 é a transmisión mínima a través do polarizador e ocorre cando o eixe de transmisión do polarizador é perpendicular á polarización do feixe incidente polarizado linealmente.
O rendemento de extinción dun polarizador lineal exprésase a miúdo como 1 / ρp : 1. Este parámetro varía de menos de 100:1 (o que significa que ten 100 veces máis transmisión para a luz polarizada P que a luz polarizada S) para os polarizadores de folla económicos ata 10.6:1 para polarizadores cristalinos birrefringentes de alta calidade. A relación de extinción normalmente varía coa lonxitude de onda e o ángulo de incidencia e debe ser avaliada xunto con outros factores como o custo, o tamaño e a transmisión polarizada para unha determinada aplicación. Ademais da relación de extinción, podemos medir o rendemento dun polarizador caracterizando a eficiencia. O grao de eficiencia de polarización chámase "contraste", esta relación úsase habitualmente cando se consideran aplicacións con pouca luz onde as perdas de intensidade son críticas.
⊙Ángulo de aceptación: o ángulo de aceptación é a maior desviación do ángulo de incidencia do deseño no que o polarizador aínda funcionará dentro das especificacións. A maioría dos polarizadores están deseñados para traballar nun ángulo de incidencia de 0° ou 45°, ou no ángulo de Brewster. O ángulo de aceptación é importante para o aliñamento, pero ten unha importancia particular cando se traballa con vigas non colimadas. A rede de fío e os polarizadores dicroicos teñen os maiores ángulos de aceptación, ata un ángulo de aceptación total de case 90°.
⊙Construción: os polarizadores teñen moitas formas e deseños. Os polarizadores de película fina son películas delgadas similares aos filtros ópticos. Os divisores de feixe de placas polarizantes son placas finas e planas colocadas en ángulo co feixe. Os divisores de feixes cúbicos polarizantes consisten en dous prismas de ángulo recto montados xuntos na hipotenusa.
Os polarizadores birrefringentes consisten en dous prismas cristalinos montados xuntos, onde o ángulo dos prismas está determinado polo deseño específico do polarizador.
⊙Apertura clara: a apertura clara é normalmente máis restritiva para os polarizadores birrefringentes xa que a dispoñibilidade de cristais ópticamente puros limita o tamaño destes polarizadores. Os polarizadores dicroicos teñen as maiores aberturas claras dispoñibles xa que a súa fabricación se presta a tamaños máis grandes.
⊙Lonxitude do camiño óptico: a lonxitude da luz debe percorrer o polarizador. Importante para a dispersión, os limiares de danos e as limitacións de espazo, as lonxitudes de camiños ópticos poden ser significativas nos polarizadores birrefringentes pero normalmente son curtas nos polarizadores dicroicos.
⊙Limiar de dano: o limiar de dano do láser determínase polo material utilizado, así como polo deseño do polarizador, sendo os polarizadores birrefringentes que normalmente teñen o limiar de dano máis alto. O cemento adoita ser o elemento máis susceptible ao dano do láser, polo que os divisores de feixes en contacto óptico ou os polarizadores birrefringentes espazados no aire teñen limiares de dano máis altos.
Guía de selección de polarizadores
Hai varios tipos de polarizadores, incluíndo dicroicos, cubos, reixa de arame e cristalinos. Ningún tipo de polarizador é ideal para cada aplicación, cada un ten os seus puntos fortes e débiles únicos.
Os polarizadores dicroicos transmiten un estado de polarización específico mentres bloquean todos os demais. A construción típica consiste nun só substrato revestido ou película dicroica de polímero, encaixado en dúas placas de vidro. Cando un feixe natural transmite a través do material dicroico, un dos compoñentes de polarización ortogonal do feixe é fortemente absorbido e o outro apágase cunha absorción débil. Polo tanto, o polarizador de follas dicroicas pódese usar para converter un feixe polarizado aleatoriamente en feixe polarizado linealmente. En comparación cos prismas polarizadores, o polarizador de follas dicroicas ofrece un tamaño moito maior e un ángulo aceptable. Aínda que verá unha alta relación de extinción ao custo, a construción limita o uso de láseres de alta potencia ou altas temperaturas. Os polarizadores dicroicos están dispoñibles nunha ampla gama de formas, que van desde películas laminadas de baixo custo ata polarizadores de alto contraste de precisión.
Os polarizadores dicroicos absorben o estado de polarización non desexado
Os divisores de feixes cúbicos polarizantes fanse unindo dous prismas de ángulo recto cunha hipotenusa revestida. O revestimento polarizador normalmente está construído con capas alternas de materiais de alto e baixo índice que reflicten a luz polarizada S e transmiten P. O resultado son dous feixes ortogonais nunha forma que é fácil de montar e aliñar. Os revestimentos polarizantes normalmente poden soportar unha alta densidade de potencia, pero os adhesivos utilizados para cimentar os cubos poden fallar. Este modo de fallo pódese eliminar mediante o contacto óptico. Aínda que normalmente vemos un alto contraste para o feixe transmitido, o contraste reflectido adoita ser menor.
Os polarizadores de reixa de fíos presentan unha matriz de fíos microscópicos sobre un substrato de vidro que transmite selectivamente a luz polarizada P e reflicte a luz polarizada S. Debido á natureza mecánica, os polarizadores de reixa de fíos presentan unha banda de lonxitude de onda que só está limitada pola transmisión do substrato, polo que son ideais para aplicacións de banda ancha que requiren polarización de alto contraste.
Transmítese polarización perpendicular aos fíos metálicos
O polarizador cristalino transmite unha polarización desexada e desvía o resto mediante o uso das propiedades birrefringentes dos seus materiais cristalinos.
Os polarizadores cristalinos utilizan as propiedades birrefringentes do substrato para alterar o estado de polarización da luz entrante. Os materiais birrefringentes teñen índices de refracción lixeiramente diferentes para a luz polarizada en diferentes orientacións, o que fai que os diferentes estados de polarización viaxan polo material a diferentes velocidades.
Os polarizadores Wollaston son un tipo de polarizadores cristalinos que consisten en dous prismas de ángulo recto birrefringentes unidos entre si, de xeito que os seus eixes ópticos son perpendiculares. Ademais, o alto limiar de dano dos polarizadores cristalinos fainos ideais para aplicacións con láser.
Polarizador Wollaston
A extensa gama de polarizadores de Paralight Optics inclúe divisores de feixe de cubo polarizado, PBS de dous canles de alto rendemento, divisores de feixe de cubo de polarización de alta potencia, divisores de feixe de placa polarizada de 56 °, divisores de feixe de placa polarizada de 45 °, polarizadores de folla dicroica, polarizadores lineais de nanopartículas ou polarizadores de cristal Polarizadores Taylor, polarizadores láser Glan, polarizadores Glan Thompson, polarizadores Wollaston, polarizadores Rochon), polarizadores circulares variables y desplazadores/combinadores de haz de polarización.
Polarizadores de liña láser
Para obter información máis detallada sobre a óptica de polarización ou obter unha cotización, póñase en contacto connosco.
