Pregled
Polarizacijska optika koristi se za promjenu stanja polarizacije upadnog zračenja. Naša polarizacijska optika uključuje polarizatore, valne ploče/usporivače, depolarizatore, faradayeve rotatore i optičke izolatore preko UV, vidljivog ili IR spektralnog područja.
Faradayev rotator od 1064 nm
Izolator slobodnog prostora
Nd-YAG polarizator velike snage
Optički dizajn često se fokusira na valnu duljinu i intenzitet svjetlosti, zanemarujući njezinu polarizaciju. Međutim, polarizacija je važno svojstvo svjetlosti kao vala. Svjetlost je elektromagnetski val, a električno polje tog vala oscilira okomito na smjer širenja. Stanje polarizacije opisuje usmjerenje oscilacije vala u odnosu na smjer širenja. Svjetlost se naziva nepolariziranom ako smjer ovog električnog polja nasumično fluktuira u vremenu. Ako je smjer električnog polja svjetlosti dobro definiran, naziva se polarizirana svjetlost. Najčešći izvor polarizirane svjetlosti je laser. Ovisno o tome kako je električno polje usmjereno, polariziranu svjetlost dijelimo na tri vrste polarizacija:
★Linearna polarizacija: titranje i širenje su u jednoj ravnini.Theelektrično polje linearno polarizirane svjetlosti csastoji se od dvije okomite, jednake amplitude, linearne komponente koje nemaju faznu razliku.Rezultirajuće električno polje svjetlosti ograničeno je na jednu ravninu duž smjera širenja.
★Kružna polarizacija: orijentacija svjetla mijenja se tijekom vremena na spiralni način. Električno polje svjetlosti sastoji se od dvije linearne komponente koje su okomite jedna na drugu, jednake amplitude, ali imaju faznu razliku od π/2. Rezultirajuće električno polje svjetlosti rotira u krug oko smjera širenja.
★Eliptička polarizacija: električno polje eliptično polarizirane svjetlosti opisuje elipsu, u usporedbi s krugom kružnom polarizacijom. Ovo električno polje može se smatrati kombinacijom dviju linearnih komponenti s različitim amplitudama i/ili faznom razlikom koja nije π/2. Ovo je najopćenitiji opis polarizirane svjetlosti, a cirkularna i linearna polarizirana svjetlost mogu se promatrati kao posebni slučajevi eliptično polarizirane svjetlosti.
Dva ortogonalna stanja linearne polarizacije često se nazivaju "S" i "P",onidefiniraju se svojom relativnom orijentacijom u odnosu na ravninu upada.P-polarizirana svjetlostkoja oscilira paralelno s ovom ravninom su "P", dok je s-polarizirana svjetlost koja ima električno polje polarizirano okomito na ovu ravninu "S".Polarizatorisu ključni optički elementi za kontrolu vaše polarizacije, odašiljanje željenog stanja polarizacije dok reflektiraju, apsorbiraju ili skreću ostatak. Postoji veliki izbor vrsta polarizatora, od kojih svaki ima svoje prednosti i nedostatke. Kako bismo vam pomogli u odabiru najboljeg polarizatora za vašu primjenu, razgovarat ćemo o specifikacijama polarizatora kao i vodiču za odabir polarizatora.
P i S pol. definiraju se svojom relativnom orijentacijom u odnosu na ravninu upada
Specifikacije polarizatora
Polarizatore definira nekoliko ključnih parametara, od kojih su neki specifični za polarizacijsku optiku. Najvažniji parametri su:
⊙Prijenos: Ova se vrijednost odnosi ili na prijenos linearno polariziranog svjetla u smjeru osi polarizacije ili na prijenos nepolariziranog svjetla kroz polarizator. Paralelni prijenos je prijenos nepolarizirane svjetlosti kroz dva polarizatora s paralelnim osima polarizacije, dok je ukršteni prijenos prijenos nepolarizirane svjetlosti kroz dva polarizatora s poprečnim osima polarizacije. Za idealne polarizatore transmisija linearno polarizirane svjetlosti paralelna s osi polarizacije je 100%, paralelna transmisija je 50% i križna transmisija je 0%. Nepolarizirano svjetlo može se smatrati brzo promjenjivom nasumičnom kombinacijom p- i s-polariziranog svjetla. Idealan linearni polarizator će prenijeti samo jednu od dvije linearne polarizacije, smanjujući početni nepolarizirani intenzitet I0na pola, tj.ja=ja0/2,pa je paralelni prijenos (za nepolariziranu svjetlost) 50%. Za linearno polariziranu svjetlost intenziteta I0, intenzitet koji se prenosi kroz idealni polarizator, I, može se opisati Malusovim zakonom, tj.ja=ja0cos2Øgdje je θ kut između upadne linearne polarizacije i osi polarizacije. Vidimo da je za paralelne osi postignut 100% prijenos, dok za osi od 90°, poznate i kao ukriženi polarizatori, postoji 0% prijenosa, tako da je ukriženi prijenos 0%. Međutim, u stvarnim aplikacijama prijenos nikada ne može biti točno 0%, stoga se polarizatori karakteriziraju omjerom ekstinkcije kao što je opisano u nastavku, koji se može koristiti za određivanje stvarnog prijenosa kroz dva ukrštena polarizatora.
⊙Omjer ekstinkcije i stupanj polarizacije: Polarizacijska svojstva linearnog polarizatora tipično su definirana stupnjem polarizacije ili učinkovitosti polarizacije, tj. P=(T1-T2)/(T1+T2) i njegov omjer ekstinkcije, tj. ρp=T2/T1gdje su glavni prijenosi linearno polarizirane svjetlosti kroz polarizator T1 i T2. T1 je maksimalni prijenos kroz polarizator i javlja se kada je os prijenosa polarizatora paralelna s polarizacijom upadne linearno polarizirane zrake; T2 je minimalni prijenos kroz polarizator i javlja se kada je os prijenosa polarizatora okomita na polarizaciju upadne linearno polarizirane zrake.
Učinak ekstinkcije linearnog polarizatora često se izražava kao 1 / ρp : 1. Ovaj parametar kreće se od manje od 100:1 (što znači da imate 100 puta veći prijenos za P polarizirano svjetlo nego za S polarizirano svjetlo) za ekonomične pločaste polarizatore do 106:1 za visokokvalitetne dvolomne kristalne polarizatore. Omjer ekstinkcije obično varira s valnom duljinom i upadnim kutom i mora se procijeniti zajedno s drugim čimbenicima poput cijene, veličine i polariziranog prijenosa za određenu primjenu. Osim omjera ekstinkcije, učinkovitost polarizatora možemo mjeriti karakterizacijom učinkovitosti. Stupanj učinkovitosti polarizacije naziva se "kontrast", ovaj se omjer obično koristi kada se razmatraju primjene pri slabom osvjetljenju gdje su gubici intenziteta kritični.
⊙Kut prihvaćanja: Kut prihvaćanja najveće je odstupanje od projektiranog kuta upada pri kojem će polarizator i dalje raditi unutar specifikacija. Većina polarizatora dizajnirana je za rad pri upadnom kutu od 0° ili 45°, ili pod Brewsterovim kutom. Kut prihvaćanja važan je za poravnanje, ali ima posebnu važnost pri radu s nekolimiranim gredama. Žičani rešetkasti i dihroični polarizatori imaju najveće kutove prihvaćanja, do punog kuta prihvaćanja od gotovo 90°.
⊙Konstrukcija: Polarizatori dolaze u mnogo oblika i dizajna. Polarizatori tankog filma su tanki filmovi slični optičkim filterima. Polarizacijski pločasti razdjelnici snopa su tanke, ravne ploče postavljene pod kutom u odnosu na snop. Polarizacijski kockasti razdjelnici zraka sastoje se od dvije prizme pod pravim kutom postavljene zajedno na hipotenuzi.
Dvolomni polarizatori sastoje se od dvije kristalne prizme montirane zajedno, gdje je kut prizmi određen specifičnim dizajnom polarizatora.
⊙Prozirni otvor: Prozirni otvor obično je najrestriktivniji za dvolomne polarizatore budući da dostupnost optički čistih kristala ograničava veličinu ovih polarizatora. Dikroični polarizatori imaju najveće dostupne prozirne otvore budući da je njihova izrada pogodna za veće veličine.
⊙Duljina optičkog puta: Duljina svjetlosti mora putovati kroz polarizator. Važne za disperziju, pragove oštećenja i prostorna ograničenja, duljine optičkog puta mogu biti značajne u dvolomnim polarizatorima, ali su obično kratke u dikroičnim polarizatorima.
⊙Prag oštećenja: Prag oštećenja lasera određen je korištenim materijalom kao i dizajnom polarizatora, pri čemu dvolomni polarizatori obično imaju najviši prag oštećenja. Cement je često najosjetljiviji element na lasersko oštećenje, zbog čega optički kontaktirani razdjelnici snopa ili zračno razmaknuti dvolomni polarizatori imaju veće pragove oštećenja.
Vodič za odabir polarizatora
Postoji nekoliko vrsta polarizatora uključujući dikroične, kockaste, žičane mreže i kristalne. Nijedan tip polarizatora nije idealan za svaku primjenu, svaki ima svoje jedinstvene snage i slabosti.
Dikroični polarizatori prenose određeno stanje polarizacije dok blokiraju sva ostala. Tipična konstrukcija sastoji se od jedne presvučene podloge ili polimernog dikroičnog filma, u sendviču dvije staklene ploče. Kada prirodna zraka prolazi kroz dikroični materijal, jedna od ortogonalnih polarizacijskih komponenti zrake se snažno apsorbira, a druga se gasi sa slabom apsorpcijom. Dakle, dikroični polarizator može se koristiti za pretvaranje nasumično polariziranog snopa u linearno polarizirani snop. U usporedbi s polarizirajućim prizmama, polarizator s dikroičnim pločama nudi mnogo veću veličinu i prihvatljiv kut. Iako ćete vidjeti visok omjer izumiranja i troškova, konstrukcija ograničava upotrebu lasera velike snage ili visokih temperatura. Dihroični polarizatori dostupni su u širokom rasponu oblika, u rasponu od jeftinog laminiranog filma do preciznih polarizatora visokog kontrasta.
Dikroični polarizatori apsorbiraju neželjeno stanje polarizacije
Polarizirajući kockasti razdjelnici snopa izrađuju se spajanjem dviju pravokutnih prizmi s obloženom hipotenuzom. Polarizacijski premaz obično se sastoji od izmjeničnih slojeva materijala s visokim i niskim indeksom koji reflektiraju S polariziranu svjetlost i propuštaju P. Rezultat su dvije ortogonalne zrake u obliku koji se lako montira i poravnava. Polarizirajuće prevlake obično mogu izdržati veliku gustoću snage, međutim ljepila koja se koriste za cementiranje kocki mogu zakazati. Ovaj način kvara može se eliminirati optičkim kontaktom. Iako obično vidimo visok kontrast za odaslanu zraku, reflektirani kontrast je obično manji.
Žičani rešetkasti polarizatori imaju niz mikroskopskih žica na staklenoj podlozi koja selektivno propušta P-polarizirano svjetlo i reflektira S-polarizirano svjetlo. Zbog mehaničke prirode, polarizatori sa žičanom mrežom imaju pojas valne duljine koji je ograničen samo prijenosom supstrata što ih čini idealnim za širokopojasne aplikacije koje zahtijevaju polarizaciju visokog kontrasta.
Polarizacija se prenosi okomito na metalne žice
Kristalni polarizator prenosi željenu polarizaciju i odstupa od ostatka koristeći dvolomna svojstva svojih kristalnih materijala
Kristalni polarizatori koriste dvolomna svojstva supstrata za promjenu stanja polarizacije ulaznog svjetla. Dvolomni materijali imaju malo različite indekse loma za svjetlost polariziranu u različitim orijentacijama, uzrokujući da različita stanja polarizacije putuju kroz materijal različitim brzinama.
Wollastonovi polarizatori su vrsta kristalnih polarizatora koji se sastoje od dvije dvolomne prizme pod pravim kutom spojene zajedno, tako da su njihove optičke osi okomite. Osim toga, visoki prag oštećenja kristalnih polarizatora čini ih idealnim za laserske primjene.
Wollaston polarizator
Opsežna linija polarizatora tvrtke Paralight Optics uključuje polarizacijske kockaste djelitelje zrake, dvokanalne PBS visoke performanse, polarizacijske kockaste djelitelje zrake velike snage, 56° polarizacijske pločaste djelitelje zrake, 45° polarizacijske pločaste djelitelje zrake, dikroične pločaste polarizatore, nanočestične linearne polarizatore, dvolomne ili kristalne polarizatore (Glan Taylor polarizatori, Glan laserski polarizatori, Glan Thompson polarizatori, Wollaston polarizatori, Rochon polarizatori), varijabilni kružni polarizatori i polarizacijski raspršivači/kombinatori zraka.
Polarizatori laserske linije
Za detaljnije informacije o polarizacijskoj optici ili dobivanje ponude, kontaktirajte nas.
