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.
A hullámlemezek, más néven retarderek, átengedik a fényt és módosítják annak polarizációs állapotát anélkül, hogy gyengítenék, eltérítenék vagy elmozdítanák a sugarat. Ezt úgy teszik, hogy késleltetik (vagy késleltetik) a polarizáció egyik összetevőjét annak ortogonális komponenséhez képest. A hullámlemez egy olyan optikai elem, amelynek két fő tengelye van, lassú és gyors, amelyek a beeső polarizált sugarat két egymásra merőleges polarizált sugárnyalábra bontják. A kilépő nyaláb újra egyesül, és egyetlen polarizált nyalábot alkot. A hullámlemezek teljes, fél- és negyedhullámokat hoznak létre. Retardernek vagy retardáló lemeznek is nevezik. Polarizálatlan fényben a hullámlemezek egyenértékűek az ablakokkal – mindkettő lapos optikai komponens, amelyen áthalad a fény.
⊙Negyedhullámú lemez: ha lineárisan polarizált fényt adunk be 45 fokos szögben a negyedhullámú lemez tengelyéhez képest, a kimenet körkörösen polarizált, és fordítva.
⊙Félhullámú lemez: A félhullámú lemez a lineárisan polarizált fényt tetszőleges irányba forgatja. Az elforgatási szög kétszerese a beeső polarizált fény és az optikai tengely közötti szögnek.
Lézeres nulla sorrendű légtérközű negyedhullámú lemez
Lézeres nullarendű légtérközű félhullámú lemez
A hullámlemezek ideálisak a fény polarizációs állapotának szabályozására és elemzésére. Három fő típusban kínálják őket – nulla sorrendű, többszörös sorrendű és akromatikus –, amelyek mindegyike egyedi előnyöket kínál az adott alkalmazástól függően. A kulcsfontosságú terminológiák és specifikációk alapos ismerete segít a megfelelő hullámlemez kiválasztásában, bármilyen egyszerű vagy összetett is az optikai rendszer.
Terminológia és specifikációk
⊙Kettős törés: A hullámlemezek kettős törő anyagokból készülnek, leggyakrabban kristálykvarcból. A kettős törő anyagok törésmutatója kissé eltérő a különböző orientációban polarizált fényre. Mint ilyenek, szétválasztják a beeső polarizálatlan fényt a következő ábrán látható párhuzamos és ortogonális komponensekre.
Kettős törő kalcitkristály elválasztó polarizálatlan fény
⊙Gyors tengely és lassú tengely: A gyors tengely mentén polarizált fény alacsonyabb törésmutatóval találkozik, és gyorsabban halad át a hullámlemezeken, mint a lassú tengely mentén polarizált fény. A gyorstengelyt egy kis lapos folt vagy pont jelzi a fel nem szerelt hullámlemez gyorstengelyének átmérőjén, vagy egy jel a felszerelt hullámlemez cellatartóján.
⊙Retardáció: A retardáció a gyors tengely mentén vetített polarizációs komponens és a lassú tengely mentén vetített komponens közötti fáziseltolódást írja le. A retardációt fok, hullám vagy nanométer egységben adják meg. Egy teljes retardációs hullám 360°-nak felel meg, vagy a nanométerek számának a vizsgált hullámhosszon. A retardáció tűrését általában fokokban, a teljes hullám természetes vagy tizedes törtrészében vagy nanométerben adják meg. Példák a tipikus késleltetési előírásokra és tűrésekre: λ/4 ± λ/300, λ/2 ± 0,003 λ, λ/2 ± 1°, 430 nm ± 2 nm.
A legnépszerűbb késleltetési értékek a λ/4, λ/2 és 1λ, de bizonyos alkalmazásokban más értékek is hasznosak lehetnek. Például a prizmáról való belső visszaverődés fáziseltolódást okoz az alkatrészek között, ami problémás lehet; egy kompenzáló hullámlemez visszaállíthatja a kívánt polarizációt.
⊙Többrendű: Többrendű hullámlemezeknél a teljes retardáció a kívánt retardáció plusz egy egész szám. A többlet egész résznek nincs hatása a teljesítményre, ugyanúgy, ahogy egy délet mutató óra ugyanúgy néz ki, mint egy héttel későbbi óra – bár az idő hozzáadásra került, továbbra is ugyanúgy jelenik meg. Bár a többszörös sorrendű hullámlemezeket csak egyetlen kettős törő anyagból tervezték, viszonylag vastagok lehetnek, ami megkönnyíti a kezelést és a rendszerintegrációt. A nagy vastagság azonban érzékenyebbé teszi a többszörös sorrendű hullámlemezeket a hullámhossz-eltolás vagy a környezeti hőmérséklet változásai által okozott késleltetési eltolódásokra.
⊙Nulla sorrendű: A nulla sorrendű hullámlemezt úgy tervezték, hogy nulla teljes hullám késleltetését adja meg felesleg nélkül, plusz a kívánt hányaddal. Például a Zero Order Quartz Wave lemezek két többszörös rendű kvarc hullámlemezből állnak, amelyek tengelyei keresztbe vannak helyezve, így a tényleges késleltetés a köztük lévő különbség. A szabványos nulla rendű hullámlemez, más néven összetett nulla rendű hullámlemez, több, ugyanabból a kettőstörő anyagból készült hullámlemezből áll, amelyeket úgy helyeztek el, hogy merőlegesek legyenek az optikai tengelyre. A több hullámlemez rétegezése ellensúlyozza az egyes hullámlemezekben előforduló retardációs eltolódásokat, javítva a retardáció stabilitását a hullámhossz-eltolódásokkal és a környezeti hőmérséklet-változásokkal szemben. A szabványos nulla rendű hullámlemezek nem javítják az eltérő beesési szög okozta késleltetési eltolódást. A valódi nulla rendű hullámlemez egyetlen kettős törő anyagból áll, amelyet ultravékony lemezké dolgoztak fel, amely csak néhány mikron vastagságú lehet annak érdekében, hogy nulla sorrendben meghatározott késleltetési szintet érjenek el. Míg a lemez vékonysága megnehezítheti a hullámlemez kezelését vagy felszerelését, a valódi nulladrendű hullámlemezek kiváló késleltetési stabilitást biztosítanak a hullámhossz-eltolódáshoz, a környezeti hőmérséklet változásához és a többi hullámlemezhez képest eltérő beesési szöget. A Zero Order Wave lemezek jobb teljesítményt mutatnak, mint a többszörös sorrendű hullámlemezek. Szélesebb sávszélességet és alacsonyabb érzékenységet mutatnak a hőmérséklet- és hullámhossz-változásokra, ezért kritikusabb alkalmazásoknál figyelembe kell venni őket.
⊙Akromatikus: Az akromatikus hullámlemezek két különböző anyagból állnak, amelyek gyakorlatilag kiküszöbölik a kromatikus diszperziót. A standard akromatikus lencsék kétféle üvegből készülnek, amelyek a kívánt gyújtótávolság eléréséhez illeszkednek, miközben minimalizálják vagy eltávolítják a kromatikus aberrációt. Az akromatikus hullámlemezek ugyanazon az alapelven működnek. Például az akromatikus hullámlemezek kvarckristályból és magnézium-fluoridból készülnek, hogy közel állandó késleltetést érjenek el egy széles spektrális sávban.
⊙Szuperakromatikus: A szuperakromatikus hullámlemezek az akromatikus hullámlemezek speciális típusai, amelyeket a kromatikus diszperzió kiküszöbölésére használnak egy sokkal szélesebb hullámsáv érdekében. Sok szuperakromatikus hullámlemez használható mind a látható spektrumhoz, mind a NIR tartományhoz közel azonos, ha nem jobb egyenletességgel, mint a tipikus akromatikus hullámlemezek. Ahol a tipikus akromatikus hullámlemezek meghatározott vastagságú kvarcból és magnézium-fluoridból készülnek, a szuperakromatikus hullámlemezek extra zafír hordozót használnak a kvarc és magnézium-fluorid mellett. Mindhárom hordozó vastagságát stratégiailag határozzák meg, hogy kiküszöböljék a kromatikus diszperziót hosszabb hullámhossz-tartományban.
Polarizátor kiválasztásának útmutatója
⊙Több rendelési hullám lemez
Az alacsony (többrendű) hullámlemezt úgy tervezték, hogy több teljes hullám késleltetését adja meg, plusz a kívánt hányaddal. Ez egyetlen, fizikailag robusztus alkatrészt eredményez a kívánt teljesítménnyel. Egyetlen kvarckristály lemezből áll (névlegesen 0,5 mm vastag). Még a hullámhossz vagy a hőmérséklet kis változásai is jelentős változásokat eredményeznek a kívánt töredékkésleltetésben. A többrendű hullámlemezek olcsóbbak, és sok olyan alkalmazásban használhatók, ahol a megnövekedett érzékenység nem fontos. Jó választás monokromatikus fénnyel, szabályozott klímakörnyezetben történő használatra, laboratóriumban jellemzően lézerrel párosulnak. Ezzel szemben az olyan alkalmazások, mint például az ásványtan, kihasználják a többrendű hullámlemezekben rejlő kromatikus eltolódást (retardancia kontra hullámhossz-változás).
Többrendes félhullámú tányér
Többrendű negyedhullámú lemez
A hagyományos kristályos kvarc hullámlemezek alternatívája a Polymer Retarder Film. Ez a fólia többféle méretben és késleltetéssel, valamint a kristályos hullámlemezek árának töredékéért kapható. A filmretarderek rugalmasságukat tekintve felülmúlják a kristálykvarcokat. Vékony polimer kialakításuk lehetővé teszi a fólia könnyű vágását a szükséges alakra és méretre. Ezek a filmek ideálisak LCD-t és száloptikát használó alkalmazásokhoz. A Polymer Retarder Film akromatikus változatban is elérhető. Ennek a fóliának azonban alacsony a károsodási küszöbe, ezért nem szabad nagy teljesítményű fényforrásokkal, például lézerekkel használni. Ezenkívül használata a látható spektrumra korlátozódik, így az UV, NIR vagy IR alkalmazásokhoz alternatívára lesz szükség.
A többszörös sorrendű hullámlemezek azt jelentik, hogy a fényút retardanciája bizonyos számú teljes hullámhossz-eltolódáson megy keresztül a töredékes tervezési retardancián felül. A többrendű hullámlemez vastagsága mindig 0,5 mm körül van. A nulla sorrendű hullámlemezekhez képest a többrendű hullámlemezek érzékenyebbek a hullámhossz- és hőmérsékletváltozásokra. Azonban olcsóbbak és széles körben használják számos olyan alkalmazásban, ahol a megnövekedett érzékenység nem kritikus.
⊙Zero Order Wave lemezek
Mivel teljes késleltetésük kis százaléka a többszörös sorrendű típusnak, a nulla rendű hullámlemezek késleltetése sokkal állandóbb a hőmérséklet és a hullámhossz változásaihoz képest. Nagyobb stabilitást vagy nagyobb hőmérsékleti eltéréseket igénylő helyzetekben a nulla sorrendű hullámlemezek az ideális választás. Alkalmazási példák közé tartozik a kiterjesztett spektrális hullámhossz megfigyelése, vagy a mérések elvégzése egy terepen használt műszerrel.
Nulla sorrendű félhullámú lemez
Nulla rendű negyedhullámú lemez
- Cementált nulla rendű hullámlemez két kvarclemezből készül, amelyek gyorstengelye keresztezve van, a két lemezt UV epoxi cementtel ragasztják. A két lemez közötti vastagságkülönbség határozza meg a késleltetést. A nulla sorrendű hullámlemezek lényegesen kisebb mértékben függenek a hőmérséklettől és a hullámhossz-változástól, mint a többrendű hullámlemezek.
- Az optikailag érintkező zérusrendű hullámlemez két kvarclemezből épül fel, gyorstengelyük keresztezve, a két lemez optikai kontaktusos módszerrel készül, az optikai út epoximentes.
- A légtérben elhelyezett, nulla sorrendű hullámlemezt két kvarclemez alkotja, amelyek a két kvarclemez között légrést képező tartóba vannak szerelve.
- Az igazi nulla rendű kvarclemez egyetlen kvarclemezből készül, amely nagyon vékony. Önmagukban kínálhatók egyetlen lemezként magas károsodási küszöbű alkalmazásokhoz (1 GW/cm2-nél nagyobb), vagy cementezett vékony kvarclemezként BK7 hordozóra, hogy szilárdságot biztosítsanak a könnyen sérülhetőség problémájának megoldása érdekében.
- A nulla sorrendű kettős hullámhosszú hullámlemez specifikus késleltetést biztosít két hullámhosszon (az alaphullámhosszon és a második harmonikus hullámhosszon) egyidejűleg. A kettős hullámhosszú hullámlemezek különösen hasznosak, ha más polarizációra érzékeny alkatrészekkel együtt használják a különböző hullámhosszú koaxiális lézersugarak szétválasztására. A femtoszekundumos lézerekben széles körben alkalmazzák a nulladrendű kettős hullámhosszú hullámlemezt.
- A telekommunikációs hullámlemez csak egy kvarclemez, összehasonlítva a cementezett valódi nulladrendű hullámlemezzel. Főleg üvegszálas kommunikációban használják. A Telecom hullámlemezek vékony és kompakt hullámlemezek, amelyeket kifejezetten úgy terveztek, hogy megfeleljenek az üvegszálas kommunikációs komponensek szigorú követelményeinek. A félhullámú lemezzel a polarizációs állapot forgatható, míg a negyedhullámú lemezzel lineárisan polarizált fényt körkörös polarizációs állapotba lehet alakítani és fordítva. A fél hullámlemez vastagsága körülbelül 91 μm, a negyed hullámlemez mindig nem 1/4 hullám, hanem 3/4 hullám, körülbelül 137 µm vastagságú. Ez az ultravékony hullámlemez biztosítja a legjobb hőmérsékleti sávszélességet, szögsávszélességet és hullámhossz-sávszélességet. Ezeknek a hullámlemezeknek a kis mérete ideálissá teszi őket a tervezés teljes csomagolási méretének csökkentésére. Igény szerint egyedi méreteket tudunk biztosítani.
- Egy középső infravörös zérusrendű hullámlemez két magnézium-fluorid (MgF2) lemezből épül fel, gyorstengelyük keresztezve, a két lemez optikai kontaktusos módszerrel készül, az optikai út epoximentes. A két lemez közötti vastagságkülönbség határozza meg a késleltetést. A középső infravörös nulla sorrendű hullámlemezeket széles körben használják infravörös alkalmazásokban, ideálisan 2,5-6,0 mikronos tartományban.
⊙Akromatikus hullámlemezek
Az akromatikus hullámlemezek hasonlóak a nulla rendű hullámlemezekhez, kivéve, hogy a két lemez különböző kettős törő kristályokból készül. A két anyag kompenzációja miatt az akromatikus hullámlemezek sokkal állandóbbak, mint a nulladrendű hullámlemezek. Az akromatikus hullámlemez hasonló a nulla rendű hullámlemezhez, kivéve, hogy a két lemez különböző kettős törő kristályokból készül. Mivel két anyag kettős törésének diszperziója eltérő, a retardációs értékek széles hullámhossz-tartományban adhatók meg. Így a retardáció kevésbé lesz érzékeny a hullámhossz változására. Ha a helyzet több spektrális hullámhosszt vagy egy egész sávot fed le (például az ibolyától a vörösig), az akromatikus hullámlemezek az ideális választások.
NIR akromatikus hullámlemez
SWIR akromatikus hullámlemez
VIS akromatikus hullámlemez
⊙Super Achromatic Wave lemezek
A Super Achromatic Wave lemezek hasonlóak az akromatikus hullámlemezekhez, inkább lapos késleltetést biztosítanak a szuperszéles sávú hullámhossz-tartományban. A normál akromatikus hullámlemez egy kvarclemezből és egy MgF2 lemezből áll, amelynek csak néhány száz nanométeres hullámhossz-tartománya van. Szuper akromatikus hullámlemezeink három anyagból, kvarcból, MgF2-ből és zafírból készülnek, amelyek szélesebb hullámhossz-tartományban képesek lapos késleltetést biztosítani.
⊙Fresnel Rhomb Retarderek
A Fresnel Rhomb Retarderek belső visszaverődést alkalmaznak bizonyos szögekben a prizmaszerkezeten belül, hogy késleltessék a beeső polarizált fényt. Az Achromatic Wave lemezekhez hasonlóan széles hullámhossz-tartományban egyenletes késleltetést tudnak biztosítani. Mivel a Fresnel Rhomb Retarderek késleltetése csak az anyag törésmutatójától és geometriájától függ, a hullámhossz-tartomány szélesebb, mint a kettős törő kristályból készült Achromatic Waveplate. Egy Fresnel Rhomb Retarder λ/4 fáziskésleltetést produkál, a kimenő fény párhuzamos a bemeneti fénnyel, de oldalirányban el van tolva; A Double Fresnel Rhomb Retarderek λ/2 fáziskésleltetést produkálnak, két Single Fresnel Rhomb Retarderből áll. Szabványos BK7 Fresnel Rhomb retardereket biztosítunk, egyéb anyagok, mint a ZnSe és a CaF2 kérésre elérhetőek. Ezeket a retardereket dióda- és szálas alkalmazásokhoz optimalizálták. Mivel a Fresnel Rhomb Retarderek teljes belső visszaverődésen alapulnak, szélessávú vagy akromatikus használatra is használhatók.
Fresnel Rhomb Retarderek
⊙Kristályos kvarc polarizációs forgatók
A kristályos kvarc polarizációs rotátorok kvarc egykristályok, amelyek a beeső fény polarizációját forgatják, függetlenül a forgató és a fény polarizációja közötti igazodástól. A természetes kvarckristály forgási aktivitása miatt polarizációs forgatóként is használható, így a bemeneti lineárisan polarizált nyaláb síkja speciális szögben elforgatható, amelyet a kvarckristály vastagsága határoz meg. Mostantól bal- és jobbkezes rotátorokat is tudunk ajánlani nálunk. Mivel a polarizációs síkot meghatározott szöggel elforgatják, a kristályos kvarc polarizációs forgatók nagyszerű alternatívát jelentenek a hullámlemezekkel szemben, és felhasználhatók a fény teljes polarizációjának az optikai tengely mentén történő elforgatására, nem csak a fény egyetlen összetevőjére. A beeső fény terjedési irányának merőlegesnek kell lennie a forgóra.
A Paralight Optics akromatikus hullámlemezeket, szuper akromatikus hullámlemezeket, cementezett nulla sorrendű hullámlemezeket, optikailag érintkező nulla sorrendű hullámlemezeket, légtérközű nulla sorrendű hullámlemezeket, valódi nulla sorrendű hullámlemezeket, egylemezes nagy teljesítményű hullámlemezeket, több sorrendű hullámlemezeket kínál , kettős hullámhosszúságú hullámlemezek, nulla sorrendű kettős hullámhosszúságú hullámlemezek, távközlési hullámlemezek, középső IR nulla sorrendű hullámlemezek, Fresnel romb késleltetők, gyűrűtartók hullámlemezekhez és kvarc polarizációs forgatók.
Hullámlemezek
A polarizációs optikával kapcsolatos részletesebb információkért vagy árajánlatért kérjük, lépjen kapcsolatba velünk.
