Pārskats
Polarizācijas optika tiek izmantota, lai mainītu krītošā starojuma polarizācijas stāvokli. Mūsu polarizācijas optikā ietilpst polarizatori, viļņu plāksnes/palēninātāji, depolarizatori, faraday rotatori un optiskie izolatori UV, redzamā vai IR spektra diapazonā.
1064 nm Faradeja rotators
Brīvās telpas izolators
Lieljaudas Nd-YAG polarizators
Optiskais dizains bieži koncentrējas uz gaismas viļņa garumu un intensitāti, vienlaikus neievērojot tā polarizāciju. Tomēr polarizācija ir svarīga gaismas kā viļņa īpašība. Gaisma ir elektromagnētisks vilnis, un šī viļņa elektriskais lauks svārstās perpendikulāri izplatīšanās virzienam. Polarizācijas stāvoklis raksturo viļņu svārstību orientāciju attiecībā pret izplatīšanās virzienu. Gaismu sauc par nepolarizētu, ja šī elektriskā lauka virziens nejauši svārstās laikā. Ja gaismas elektriskā lauka virziens ir labi definēts, to sauc par polarizēto gaismu. Visizplatītākais polarizētās gaismas avots ir lāzers. Atkarībā no elektriskā lauka orientācijas polarizēto gaismu klasificējam trīs polarizācijas veidos:
★Lineārā polarizācija: svārstības un izplatīšanās notiek vienā plaknē.Thelineāri polarizētas gaismas elektriskais lauks cir divas perpendikulāras, vienādas amplitūdas, lineāras sastāvdaļas, kurām nav fāzu atšķirības.Iegūtais gaismas elektriskais lauks ir ierobežots vienā plaknē gar izplatīšanās virzienu.
★Cirkulāra polarizācija: gaismas orientācija laika gaitā mainās spirālveida veidā. Gaismas elektriskais lauks sastāv no divām lineārām sastāvdaļām, kas ir perpendikulāras viena otrai, vienādas amplitūdā, bet ar fāzu starpību π/2. Iegūtais gaismas elektriskais lauks griežas pa apli ap izplatīšanās virzienu.
★Eliptiskā polarizācija: eliptiski polarizētas gaismas elektriskais lauks apraksta elipsi, salīdzinot ar apli ar apļveida polarizāciju. Šo elektrisko lauku var uzskatīt par divu lineāru komponentu kombināciju ar atšķirīgu amplitūdu un/vai fāzes starpību, kas nav π/2. Šis ir vispārīgākais polarizētās gaismas apraksts, un apļveida un lineāro polarizēto gaismu var uzskatīt par īpašiem eliptiski polarizētas gaismas gadījumiem.
Divus ortogonālos lineārās polarizācijas stāvokļus bieži dēvē par “S” un “P”,viņitiek definēti pēc to relatīvās orientācijas pret biežuma plakni.P-polarizēta gaismakas svārstās paralēli šai plaknei, ir “P”, savukārt s-polarizētā gaisma, kuras elektriskais lauks ir polarizēts perpendikulāri šai plaknei, ir “S”.Polarizatoriir galvenie optiskie elementi, lai kontrolētu jūsu polarizāciju, pārraidītu vēlamo polarizācijas stāvokli, vienlaikus atspoguļojot, absorbējot vai novirzot pārējo. Ir daudz dažādu polarizatoru veidu, katram ir savas priekšrocības un trūkumi. Lai palīdzētu jums izvēlēties labāko polarizatoru jūsu lietojumprogrammai, mēs apspriedīsim polarizatora specifikācijas, kā arī polarizatoru izvēles rokasgrāmatu.
P un S pol. tiek definēti pēc to relatīvās orientācijas pret biežuma plakni
Polarizatora specifikācijas
Polarizatorus nosaka daži galvenie parametri, no kuriem daži ir raksturīgi polarizācijas optikai. Svarīgākie parametri ir:
⊙Transmisija: šī vērtība attiecas vai nu uz lineāri polarizētas gaismas pārraidi polarizācijas ass virzienā, vai uz nepolarizētas gaismas pārraidi caur polarizatoru. Paralēlā pārraide ir nepolarizētas gaismas pārraide caur diviem polarizatoriem, kuru polarizācijas asis ir novietotas paralēli, savukārt krusteniskā pārraide ir nepolarizētas gaismas pārraide caur diviem polarizatoriem, kuru polarizācijas asis ir sakrustotas. Ideāliem polarizatoriem lineāri polarizētas gaismas caurlaidība paralēli polarizācijas asij ir 100%, paralēlā caurlaidība ir 50% un šķērsām ir 0%. Nepolarizēto gaismu var uzskatīt par strauji mainīgu nejaušu p- un s-polarizētās gaismas kombināciju. Ideāls lineārais polarizators pārraidīs tikai vienu no divām lineārajām polarizācijām, samazinot sākotnējo nepolarizēto intensitāti I0uz pusi, ti,I=I0/2,tātad paralēlā caurlaidība (nepolarizētai gaismai) ir 50%. Lineāri polarizētai gaismai ar intensitāti I0, intensitāti, kas tiek pārraidīta caur ideālu polarizatoru I, var aprakstīt ar Malusa likumu, ti,I=I0cos2Økur θ ir leņķis starp krītošo lineāro polarizāciju un polarizācijas asi. Mēs redzam, ka paralēlām asīm tiek sasniegta 100% pārraide, savukārt 90° asīm, kas pazīstamas arī kā krustveida polarizatori, ir 0% transmisija, tātad šķērsām ir 0%. Tomēr reālajā pasaulē pārraide nekad nevarētu būt precīzi 0%, tāpēc polarizatoriem ir raksturīgs tālāk aprakstītais ekstinkcijas koeficients, ko var izmantot, lai noteiktu faktisko pārraidi caur diviem krustotiem polarizatoriem.
⊙Izzušanas koeficients un polarizācijas pakāpe: Lineārā polarizatora polarizācijas īpašības parasti nosaka polarizācijas pakāpe vai polarizācijas efektivitāte, ti, P=(T1-T2)/(T1+T2) un tā ekstinkcijas koeficientu, ti, ρp=T2/T1kur lineāri polarizētās gaismas galvenā caurlaidība caur polarizatoru ir T1 un T2. T1 ir maksimālā pārraide caur polarizatoru un notiek, ja polarizatora pārraides ass ir paralēla krītošā lineāri polarizētā stara polarizācijai; T2 ir minimālā pārraide caur polarizatoru un notiek, ja polarizatora pārraides ass ir perpendikulāra krītošā lineāri polarizētā stara polarizācijai.
Lineārā polarizatora ekstinkcijas veiktspēju bieži izsaka kā 1/ρp : 1. Šis parametrs svārstās no mazāk nekā 100:1 (tas nozīmē, ka P polarizētajai gaismai ir 100 reizes lielāka caurlaidība nekā S polarizētajai gaismai) ekonomiskiem lokšņu polarizatoriem līdz 106:1 augstas kvalitātes dubultlaušanas kristāliskajiem polarizatoriem. Ekstinkcijas koeficients parasti mainās atkarībā no viļņa garuma un krītoša leņķa, un tas ir jānovērtē kopā ar citiem faktoriem, piemēram, izmaksām, izmēru un polarizēto pārraidi konkrētam lietojumam. Papildus ekstinkcijas koeficientam mēs varam izmērīt polarizatora veiktspēju, raksturojot efektivitāti. Polarizācijas efektivitātes pakāpi sauc par “kontrastu”, šo attiecību parasti izmanto, apsverot lietojumus vājā apgaismojumā, kur intensitātes zudumi ir kritiski.
⊙Pieņemšanas leņķis: pieņemšanas leņķis ir lielākā novirze no projektētā krišanas leņķa, pie kuras polarizators joprojām darbosies atbilstoši specifikācijām. Lielākā daļa polarizatoru ir paredzēti darbam 0° vai 45° krišanas leņķī vai Brūstera leņķī. Pieņemšanas leņķis ir svarīgs izlīdzināšanai, taču tam ir īpaša nozīme, strādājot ar sijām, kas nav kolimētas. Stiepļu režģim un dihromiskajiem polarizatoriem ir vislielākie pieņemšanas leņķi, līdz pilnam pieņemšanas leņķim gandrīz 90°.
⊙Konstrukcija: polarizatoriem ir dažādas formas un konstrukcijas. Plānās kārtiņas polarizatori ir plānas plēves, kas līdzīgas optiskajiem filtriem. Polarizējošu plākšņu staru sadalītāji ir plānas, plakanas plāksnes, kas novietotas leņķī pret staru kūli. Polarizējošie kuba staru sadalītāji sastāv no divām taisnā leņķa prizmām, kas samontētas kopā hipotenūzā.
Divpusēji laušanas polarizatori sastāv no divām kopā samontētām kristāliskām prizmām, kur prizmu leņķi nosaka konkrētais polarizatora dizains.
⊙Caurspīdīga diafragma: dzidrā apertūra parasti visvairāk ierobežo divkāršās laušanas polarizatorus, jo optiski tīru kristālu pieejamība ierobežo šo polarizatoru izmēru. Dihromiskajiem polarizatoriem ir lielākās pieejamās skaidrās atveres, jo to izgatavošana ir piemērota lielākiem izmēriem.
⊙Optiskā ceļa garums: garuma gaismai jāpārvietojas cauri polarizatoram. Svarīgi attiecībā uz izkliedi, bojājumu sliekšņiem un telpas ierobežojumiem, optiskā ceļa garums var būt nozīmīgs divkāršās laušanas polarizatoros, bet parasti ir īss dihromiskajos polarizatoros.
⊙Bojājuma slieksnis: lāzera bojājuma slieksni nosaka izmantotais materiāls, kā arī polarizatora dizains, un dubultlaušanas polarizatoriem parasti ir visaugstākais bojājuma slieksnis. Cements bieži ir visjutīgākais elements pret lāzera bojājumiem, tāpēc optiski saskarē esošajiem staru sadalītājiem vai gaisa atstatuma divpusēji laušanas polarizatoriem ir augstāki bojājumu sliekšņi.
Polarizatora izvēles rokasgrāmata
Ir vairāki polarizatoru veidi, tostarp dihromiskie, kubiskie, stiepļu režģi un kristāliskie. Neviens polarizatora veids nav ideāls katram lietojumam, katram ir savas unikālās stiprās un vājās puses.
Dihromiskie polarizatori pārraida noteiktu polarizācijas stāvokli, vienlaikus bloķējot visus pārējos. Tipiskā konstrukcija sastāv no viena pārklājuma substrāta vai polimēra dihromiskās plēves, kas ir iestiprināta ar divām stikla plāksnēm. Kad dabiskais stars iziet cauri dihromiskajam materiālam, viens no staru kūļa ortogonālās polarizācijas komponentiem tiek spēcīgi absorbēts, bet otrs iziet ar vāju absorbciju. Tātad, dihroisko lokšņu polarizatoru var izmantot, lai nejauši polarizētu staru kūli pārveidotu par lineāri polarizētu staru. Salīdzinot ar polarizējošām prizmām, dihromiskais lokšņu polarizators piedāvā daudz lielāku izmēru un pieņemamu leņķi. Lai gan jūs redzēsiet augstu izzušanas un izmaksu attiecību, konstrukcija ierobežo izmantošanu lieljaudas lāzeriem vai augstām temperatūrām. Dihroiskie polarizatori ir pieejami plašā formu klāstā, sākot no zemu izmaksu laminētas plēves līdz precīziem augsta kontrasta polarizatoriem.
Dihromiskie polarizatori absorbē nevēlamo polarizācijas stāvokli
Polarizējošo kubu staru sadalītājus izgatavo, savienojot divas taisnleņķa prizmas ar pārklātu hipotenūzu. Polarizējošais pārklājums parasti ir veidots no mainīgiem augsta un zema indeksa materiālu slāņiem, kas atstaro S polarizēto gaismu un pārraida P. Rezultātā ir divi ortogonāli stari tādā formā, ko ir viegli uzstādīt un izlīdzināt. Polarizējošie pārklājumi parasti var izturēt lielu jaudas blīvumu, tomēr kubu cementēšanai izmantotās līmvielas var sabojāties. Šo kļūmes režīmu var novērst, izmantojot optisku kontaktu. Lai gan mēs parasti redzam lielu kontrastu pārraidītajam staram, atstarotais kontrasts parasti ir mazāks.
Stiepļu režģa polarizatoriem ir virkne mikroskopisku vadu uz stikla pamatnes, kas selektīvi pārraida P-polarizēto gaismu un atstaro S-polarizēto gaismu. Mehāniskā rakstura dēļ vadu režģa polarizatoriem ir viļņa garuma josla, ko ierobežo tikai substrāta pārraide, tāpēc tie ir ideāli piemēroti platjoslas lietojumiem, kuriem nepieciešama augsta kontrasta polarizācija.
Tiek pārraidīta polarizācija, kas ir perpendikulāra metāla stieplēm
Kristāliskais polarizators pārraida vēlamo polarizāciju un novirza pārējo, izmantojot savu kristālisko materiālu divkāršās laušanas īpašības
Kristāliskie polarizatori izmanto substrāta divkāršās laušanas īpašības, lai mainītu ienākošās gaismas polarizācijas stāvokli. Divpusēji laušanas materiāliem ir nedaudz atšķirīgi refrakcijas rādītāji gaismai, kas polarizēta dažādās orientācijās, izraisot dažādu polarizācijas stāvokļu pārvietošanos caur materiālu ar atšķirīgu ātrumu.
Wollaston polarizatori ir kristālisko polarizatoru veids, kas sastāv no divām divpusēji laužošām taisnleņķa prizmām, kas ir sacementētas kopā tā, lai to optiskās asis būtu perpendikulāras. Turklāt kristālisko polarizatoru augstais bojājuma slieksnis padara tos ideāli piemērotus lāzera lietojumiem.
Volastonas polarizators
Paralight Optics' extensive lineup of polarizers includes Polarizing Cube Beamsplitters, High Performance Two Channel PBS, High Power Polarizing Cube Beamsplitters, 56° Polarizing Plate Beamsplitters, 45° Polarizing Plate Beamsplitters, Dichroic Sheet Polarizers, Nanoparticle Linear Polarizers, Birefringent or Crystalline polarizers (Glan Taylor polarizatori, Glan lāzera polarizatori, Glan Thompson polarizatori, Wollaston polarizatori, Rochon polarizatori), mainīgi cirkulārie polarizatori un polarizējošā stara nobīdītāji/kombinatori.
Lāzera līniju polarizatori
Lai iegūtu sīkāku informāciju par polarizācijas optiku vai saņemtu piedāvājumu, lūdzu, sazinieties ar mums.
