Áttekintés
A polarizációs optikát a beeső sugárzás polarizációs állapotának megváltoztatására használják. Polarizációs optikáink közé tartoznak a polarizátorok, hullámlemezek/retarderek, depolarizátorok, faraday rotátorok és optikai leválasztók az UV, látható vagy IR spektrális tartományban.
1064 nm-es Faraday Rotátor
Szabad tér izolátor
Nagy teljesítményű Nd-YAG polarizátor
Az optikai tervezés gyakran a fény hullámhosszára és intenzitására összpontosít, miközben figyelmen kívül hagyja a polarizációját. A polarizáció azonban a fény, mint hullám fontos tulajdonsága. A fény egy elektromágneses hullám, és ennek a hullámnak az elektromos tere merőlegesen oszcillál a terjedési irányra. A polarizációs állapot a hullám oszcillációjának irányát írja le a terjedési irányhoz képest. A fényt polarizálatlannak nevezzük, ha ennek az elektromos mezőnek az iránya az időben véletlenszerűen ingadozik. Ha a fény elektromos mezőjének iránya jól meghatározott, polarizált fénynek nevezzük. A polarizált fény leggyakoribb forrása a lézer. Az elektromos mező orientációjától függően a polarizált fényt három polarizációtípusba soroljuk:
★Lineáris polarizáció: az oszcilláció és a terjedés egy síkban van.Thelineárisan polarizált fény elektromos tere ckét egymásra merőleges, egyenlő amplitúdójú, lineáris olyan alkatrészek, amelyeknek nincs fáziskülönbsége.Az így létrejövő elektromos fénytér a terjedési irány mentén egyetlen síkra korlátozódik.
★ Körkörös polarizáció: a fény iránya idővel spirálisan változik. A fény elektromos tere két egymásra merőleges, egyenlő amplitúdójú, de π/2 fáziskülönbségű lineáris komponensből áll. Az így létrejövő elektromos fénytér körben forog a terjedési iránya körül.
★Elliptikus polarizáció: az elliptikusan polarizált fény elektromos tere egy ellipszist ír le, összehasonlítva a kör polarizációjával. Ez az elektromos tér két különböző amplitúdójú és/vagy nem π/2 fáziskülönbségű lineáris komponens kombinációjának tekinthető. Ez a polarizált fény legáltalánosabb leírása, és a körkörös és lineáris polarizált fény az elliptikusan polarizált fény speciális eseteinek tekinthető.
A két ortogonális lineáris polarizációs állapotot gyakran „S”-nek és „P”-nek nevezik.azoka beesési síkhoz viszonyított relatív orientációjuk határozza meg.P-polarizált fényEzzel a síkkal párhuzamosan rezgő fény „P”, míg az s-polarizált fény, amely erre a síkra merőlegesen polarizált elektromos mezővel rendelkezik, „S”.Polarizátorokkulcsfontosságú optikai elemek a polarizáció szabályozásához, a kívánt polarizációs állapot továbbításához, miközben visszaverik, elnyelik vagy eltérítik a többit. A polarizátor típusok széles választéka létezik, mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai. Annak érdekében, hogy segítsen kiválasztani a legjobb polarizátort az alkalmazáshoz, megvitatjuk a polarizátor specifikációit, valamint a polarizátorok kiválasztásának útmutatóját.
P és S pol. a beesési síkhoz viszonyított relatív orientációjuk határozza meg
A polarizátor specifikációi
A polarizátorokat néhány kulcsparaméter határozza meg, amelyek közül néhány a polarizációs optikára jellemző. A legfontosabb paraméterek a következők:
⊙Transzmisszió: Ez az érték vagy a lineárisan polarizált fény polarizációs tengely irányába történő áteresztésére vonatkozik, vagy a polarizálatlan fény polarizátoron keresztüli átvitelére. A párhuzamos transzmisszió a polarizálatlan fény áteresztése két polarizációs tengelyen párhuzamosan, míg a keresztezett átvitel a nem polarizált fény átvitele két polarizációs tengelyen keresztezett polarizátoron keresztül. Ideális polarizátorok esetén a lineárisan polarizált fény polarizációs tengellyel párhuzamos áteresztése 100%, a párhuzamos átvitel 50%, a keresztezett fényáteresztés pedig 0%. A polarizálatlan fény a p- és s-polarizált fény gyorsan változó véletlenszerű kombinációjának tekinthető. Egy ideális lineáris polarizátor a két lineáris polarizáció közül csak az egyiket továbbítja, csökkentve a kezdeti polarizálatlan intenzitást I.0felére, azazI=I0/2,tehát a párhuzamos átvitel (polarizálatlan fénynél) 50%. Lineárisan polarizált fényhez I intenzitású0, az ideális polarizátoron áthaladó I intenzitás Malus törvényével írható le, azazI=I0kötözősaláta2Øahol θ a beeső lineáris polarizáció és a polarizációs tengely közötti szög. Azt látjuk, hogy a párhuzamos tengelyeknél 100%-os átvitel érhető el, míg a 90°-os tengelyeknél, más néven keresztes polarizátoroknál 0% az átvitel, tehát a keresztirányú átvitel 0%. A valós alkalmazásokban azonban az átvitel soha nem lehet pontosan 0%, ezért a polarizátorokat az alábbiakban leírt kioltási arány jellemzi, amely segítségével meghatározható a tényleges átvitel két keresztezett polarizátoron keresztül.
⊙Kioltási arány és polarizációs fok: A lineáris polarizátor polarizációs tulajdonságait általában a polarizáció mértéke vagy a polarizáció hatékonysága határozza meg, azaz P=(T1-T2)/(T1+T2) és extinkciós aránya, azaz ρp=T2/T1ahol a lineárisan polarizált fény polarizátoron áthaladó fő áteresztőképessége T1 és T2. T1 a maximális átvitel a polarizátoron keresztül, és akkor fordul elő, ha a polarizátor átviteli tengelye párhuzamos a beeső lineárisan polarizált nyaláb polarizációjával; T2 a minimális átvitel a polarizátoron keresztül, és akkor fordul elő, ha a polarizátor átviteli tengelye merőleges a beeső lineárisan polarizált nyaláb polarizációjára.
A lineáris polarizátorok kioltási teljesítményét gyakran 1 / ρp : 1-ben fejezik ki. Ez a paraméter 100:1-nél kisebb értéktől (azaz 100-szor nagyobb áteresztőképességgel rendelkezik a P polarizált fénynél, mint az S polarizált fénynél) a gazdaságos lappolarizátorok esetében 10-ig terjed.6:1 kiváló minőségű kettős törő kristályos polarizátorokhoz. Az extinkciós arány általában a hullámhossztól és a beesési szögtől függően változik, és más tényezőkkel együtt kell értékelni, mint például a költség, a méret és a polarizált átvitel egy adott alkalmazásnál. Az extinkciós arányon kívül a polarizátor teljesítményét a hatásfok jellemzésével mérhetjük. A polarizációs hatásfok mértékét „kontrasztnak” nevezik, ezt az arányt gyakran használják olyan gyenge fényviszonyoknál, ahol az intenzitásveszteség kritikus.
⊙Elfogadási szög: Az elfogadási szög az a legnagyobb eltérés a tervezett beesési szögtől, amelynél a polarizátor továbbra is a specifikációkon belül működik. A legtöbb polarizátort úgy tervezték, hogy 0°-os vagy 45°-os beesési szögben, vagy Brewster-szögben működjön. Az elfogadási szög fontos az igazításhoz, de különösen fontos, ha nem kollimált gerendákkal dolgozik. A huzalrácsok és a dikroikus polarizátorok a legnagyobb elfogadási szöggel rendelkeznek, egészen a közel 90°-os teljes elfogadási szögig.
⊙Felépítés: A polarizátorok sokféle formában és kivitelben kaphatók. A vékonyréteg polarizátorok az optikai szűrőkhöz hasonló vékony filmek. A polarizálólemezes sugárosztók vékony, lapos lemezek, amelyek a sugárral szögben vannak elhelyezve. A polarizáló kocka nyalábosztók két derékszögű prizmából állnak, amelyek a hipotenuzusnál egymáshoz vannak szerelve.
A kettős törő polarizátorok két egymáshoz rögzített kristályprizmából állnak, ahol a prizmák szögét az adott polarizátor kialakítása határozza meg.
⊙Tiszta apertúra: A tiszta apertúra általában a kettős törő polarizátorok esetében korlátozza a leginkább, mivel az optikailag tiszta kristályok elérhetősége korlátozza ezeknek a polarizátoroknak a méretét. A dikroikus polarizátorok rendelkeznek a legnagyobb elérhető átlátszó nyílásokkal, mivel gyártásuk alkalmas nagyobb méretekre.
⊙Optikai úthossz: A hosszúságú fénynek át kell haladnia a polarizátoron. A diszperzió, a sérülési küszöbértékek és a helyszűke szempontjából fontosak, hogy az optikai úthosszak jelentősek lehetnek a kettőstörő polarizátorokban, de általában rövidek a dikroikus polarizátorokban.
⊙Sérülési küszöb: A lézersérülési küszöböt a felhasznált anyag, valamint a polarizátor kialakítása határozza meg, a kettős törő polarizátoroknál jellemzően a legmagasabb a károsodási küszöb. A cement gyakran a legérzékenyebb elem a lézeres károsodásra, ezért az optikailag érintkező sugárosztók vagy a levegőtávolságú kettőstörő polarizátorok magasabb károsodási küszöbértékkel rendelkeznek.
Polarizátor kiválasztásának útmutatója
Számos típusú polarizátor létezik, beleértve a dikroikus, kocka, huzalrács és kristályos polarizátorokat. Egyetlen polarizátortípus sem ideális minden alkalmazáshoz, mindegyiknek megvannak a maga egyedi erősségei és gyengeségei.
A dikroikus polarizátorok egy adott polarizációs állapotot továbbítanak, miközben az összes többit blokkolják. A tipikus konstrukció egyetlen bevonattal ellátott szubsztrátumból vagy dikroikus polimer fóliából áll, és két üveglapból állnak. Amikor egy természetes nyaláb áthalad a dikroikus anyagon, a nyaláb egyik ortogonális polarizációs összetevője erősen elnyelődik, a másik pedig gyenge abszorpcióval kialszik. Tehát a dikroikus lappolarizátor használható véletlenszerűen polarizált nyaláb lineárisan polarizált nyalábává alakítására. A polarizáló prizmákkal összehasonlítva a dikroikus lemezes polarizátor sokkal nagyobb méretet és elfogadható szöget kínál. Noha magas a kihalás és a költség arány, a konstrukció korlátozza a nagy teljesítményű lézerek vagy a magas hőmérsékletű lézerek használatát. A dikroikus polarizátorok sokféle formában állnak rendelkezésre, az olcsó laminált fóliától a precíziós, nagy kontrasztú polarizátorokig.
A dikroikus polarizátorok elnyelik a nem kívánt polarizációs állapotot
A polarizáló kocka nyalábosztók úgy készülnek, hogy két derékszögű prizmát egy bevonattal ellátott hipotenusszal kapcsolnak össze. A polarizáló bevonat jellemzően magas és alacsony indexű anyagok váltakozó rétegeiből készül, amelyek visszaverik az S polarizált fényt és áteresztik a P-t. Az eredmény két merőleges sugár könnyen felszerelhető és igazítható formában. A polarizáló bevonatok jellemzően ellenállnak a nagy teljesítménysűrűségnek, azonban a kockák cementálásához használt ragasztók tönkremennek. Ez a hibamód optikai érintkezéssel kiküszöbölhető. Míg az átvitt sugár esetében általában nagy kontrasztot látunk, a visszavert kontraszt általában alacsonyabb.
A huzalrács polarizátorok egy sor mikroszkopikus huzalt tartalmaznak egy üveg hordozón, amely szelektíven továbbítja a P-polarizált fényt és visszaveri az S-polarizált fényt. A mechanikai természetük miatt a huzalrácsos polarizátorok hullámhossz-sávja csak a hordozó átvitele által korlátozott, így ideálisak a nagy kontrasztú polarizációt igénylő szélessávú alkalmazásokhoz.
A fémhuzalokra merőleges polarizációt továbbítják
A kristályos polarizátor átadja a kívánt polarizációt, és eltér a többitől a kristályos anyagaik kettős törő tulajdonságainak felhasználásával
A kristályos polarizátorok a hordozó kettős törő tulajdonságait használják fel a bejövő fény polarizációs állapotának megváltoztatására. A kettős törésű anyagok törésmutatója kissé eltérő a különböző orientációban polarizált fényre, ami miatt a különböző polarizációs állapotok eltérő sebességgel haladnak át az anyagon.
A Wollaston polarizátorok olyan kristályos polarizátorok, amelyek két kettős törő derékszögű prizmából állnak, amelyek egymáshoz vannak ragasztva úgy, hogy optikai tengelyeik merőlegesek. Ezenkívül a kristályos polarizátorok magas károsodási küszöbe ideálissá teszi őket lézeres alkalmazásokhoz.
Wollaston polarizátor
A paralight optika kiterjedt polarizátorok sorozata magában foglalja a polarizáló kocka -sugarasplittereket, a nagyteljesítményű kétcsatornás PBS -t, a nagy teljesítményű polarizáló kocka -sugarasok, az 56 ° polarizáló lemezt, a 45 ° polarizáló lemezt, a BEAMSPLITTER -eket, a DICHROIC SHEPLER POLARIZERS (NANOPARTICTIC Taylor polarizátorok, Glan lézeres polarizátorok, Glan Thompson polarizátorok, Wollaston polarizátorok, Rochon polarizátorok), változó körkörös polarizátorok és polarizáló sugaras kiszorítók/kombinátorok.
Lézer vonal polarizátorok
A polarizációs optikával kapcsolatos részletesebb információkért vagy árajánlatért kérjük, lépjen kapcsolatba velünk.
