Przegląd
Optyka polaryzacyjna służy do zmiany stanu polaryzacji padającego promieniowania. Nasza optyka polaryzacyjna obejmuje polaryzatory, płytki falowe/zwalniacze, depolaryzatory, rotatory Faradaya i izolatory optyczne w zakresie widma UV, widzialnego i IR.
Płytki falowe, zwane również opóźniaczami, przepuszczają światło i modyfikują jego stan polaryzacji bez tłumienia, odchylania lub przemieszczania wiązki. Robią to poprzez opóźnianie (lub opóźnianie) jednego składnika polaryzacji w stosunku do jego składowej ortogonalnej. Płytka falowa to element optyczny posiadający dwie główne osie, wolną i szybką, które rozdzielają padającą spolaryzowaną wiązkę na dwie wzajemnie prostopadłe spolaryzowane wiązki. Wyłaniająca się wiązka ponownie łączy się, tworząc pojedynczą, spolaryzowaną wiązkę. Płytki falowe wytwarzają pełne, pół i ćwierćfale opóźnienia. Są one również znane jako zwalniacz lub płyta opóźniająca. W świetle niespolaryzowanym płytki falowe są odpowiednikiem okien – oba są płaskimi elementami optycznymi, przez które przechodzi światło.
⊙Płyta ćwierćfalowa: gdy światło spolaryzowane liniowo jest wprowadzane pod kątem 45 stopni w stosunku do osi płytki ćwierćfalowej, sygnał wyjściowy jest spolaryzowany kołowo i odwrotnie.
⊙Płytka półfalowa: Płytka półfalowa obraca liniowo spolaryzowane światło do dowolnej pożądanej orientacji. Kąt obrotu jest dwukrotnie większy od kąta pomiędzy padającym światłem spolaryzowanym a osią optyczną.
Laserowa płyta ćwierćfalowa o zerowym porządku w przestrzeni powietrznej
Laserowa płytka półfalowa z zerowym porządkiem w przestrzeni powietrznej
Płytki falowe idealnie nadają się do kontrolowania i analizowania stanu polaryzacji światła. Oferowane są w trzech głównych typach – rzędu zerowego, rzędu wielokrotnego i achromatycznego – każdy z nich oferuje unikalne korzyści w zależności od konkretnego zastosowania. Dogłębne zrozumienie kluczowych terminologii i specyfikacji pomaga w wyborze właściwej płytki falowej, niezależnie od tego, jak prosty lub złożony jest system optyczny.
Terminologia i specyfikacje
⊙Dwójłomność: Płytki falowe są wykonane z materiałów dwójłomnych, najczęściej kwarcu krystalicznego. Materiały dwójłomne mają nieco inne współczynniki załamania światła spolaryzowanego w różnych orientacjach. W związku z tym rozdzielają padające niespolaryzowane światło na jego składowe równoległe i ortogonalne, jak pokazano na poniższym rysunku.
Dwójłomny kryształ kalcytu oddzielający niespolaryzowane światło
⊙Oś szybka i oś wolna: Światło spolaryzowane wzdłuż szybkiej osi napotyka niższy współczynnik załamania światła i przemieszcza się szybciej przez płyty falowe niż światło spolaryzowane wzdłuż wolnej osi. Szybka oś jest wskazywana przez małą płaską plamkę lub kropkę na średnicy osi szybkiej niezamontowanej płyty falowej lub znak na uchwycie ogniwa zamontowanej płyty falowej.
⊙Opóźnienie: Opóźnienie opisuje przesunięcie fazowe pomiędzy składową polaryzacji rzutowaną wzdłuż szybkiej osi a składową rzutowaną wzdłuż wolnej osi. Opóźnienie określa się w stopniach, falach lub nanometrach. Jedna pełna fala opóźnienia odpowiada 360°, czyli liczbie nanometrów przy danej długości fali. Tolerancję opóźnienia podaje się zazwyczaj w stopniach, ułamkach naturalnych lub dziesiętnych pełnej fali lub w nanometrach. Przykłady typowych specyfikacji i tolerancji opóźnienia to: λ/4 ± λ/300, λ/2 ± 0,003 λ, λ/2 ± 1°, 430 nm ± 2 nm.
Najpopularniejszymi wartościami opóźnienia są λ/4, λ/2 i 1λ, ale w niektórych zastosowaniach mogą być przydatne inne wartości. Na przykład wewnętrzne odbicie od pryzmatu powoduje przesunięcie fazowe pomiędzy składnikami, co może być kłopotliwe; kompensacyjna płytka falowa może przywrócić pożądaną polaryzację.
⊙Rząd wielokrotny: W płytach falowych wielu rzędów całkowite opóźnienie to pożądane opóźnienie plus liczba całkowita. Nadmiar części całkowitej nie ma wpływu na wydajność, podobnie jak zegar wskazujący dzisiaj południe wygląda tak samo, jak zegar pokazujący południe tydzień później – mimo że czas został dodany, nadal wygląda tak samo. Chociaż płytki falowe o wielu rzędach są zaprojektowane z tylko jednego materiału dwójłomnego, mogą być stosunkowo grube, co ułatwia obsługę i integrację systemu. Jednakże duża grubość sprawia, że płytki falowe o wielu rzędach są bardziej podatne na przesunięcia opóźnienia spowodowane przesunięciem długości fali lub zmianami temperatury otoczenia.
⊙Porządek zerowy: Płytka falowa rzędu zerowego została zaprojektowana tak, aby zapewnić opóźnienie zerowych pełnych fal bez nadmiaru plus żądany ułamek. Na przykład płytki kwarcowe o zerowym rzędzie składają się z dwóch płytek kwarcowych o wielokrotnym rzędzie, których osie są skrzyżowane, tak że efektywne opóźnienie jest różnicą między nimi. Standardowa płyta falowa zerowego rzędu, znana również jako złożona płyta falowa zerowego rzędu, składa się z wielu płytek falowych z tego samego materiału dwójłomnego, które zostały ustawione prostopadle do osi optycznej. Nakładanie wielu płytek falowych równoważy przesunięcia opóźnienia występujące w poszczególnych płytach falowych, poprawiając stabilność opóźnienia na przesunięcia długości fali i zmiany temperatury otoczenia. Standardowe płytki fal zerowego rzędu nie poprawiają przesunięcia opóźnienia spowodowanego innym kątem padania. Płytka falowa o rzeczywistym rzędzie zerowym składa się z pojedynczego materiału dwójłomnego, który został przetworzony w ultracienką płytkę o grubości zaledwie kilku mikronów, aby osiągnąć określony poziom opóźnienia przy zerowym rzędzie. Chociaż cienkość płytki może utrudniać obsługę lub montaż płytki falowej, płytki falowe prawdziwego rzędu zerowego zapewniają doskonałą stabilność opóźnienia w stosunku do przesunięcia długości fali, zmiany temperatury otoczenia i innego kąta padania niż inne płytki falowe. Płyty z falami o zerowym rzędzie wykazują lepszą wydajność niż płyty z falami o wielokrotnym rzędzie. Wykazują szersze pasmo i niższą wrażliwość na zmiany temperatury i długości fali, dlatego należy je brać pod uwagę w bardziej krytycznych zastosowaniach.
⊙Achromatyczne: Achromatyczne płytki falowe składają się z dwóch różnych materiałów, które praktycznie eliminują dyspersję chromatyczną. Standardowe soczewki achromatyczne wykonane są z dwóch rodzajów szkła, które dobiera się tak, aby uzyskać pożądaną ogniskową, minimalizując lub eliminując aberrację chromatyczną. Achromatyczne płytki falowe działają na tej samej podstawowej zasadzie. Na przykład achromatyczne płytki falowe są wykonane z krystalicznego kwarcu i fluorku magnezu, aby uzyskać prawie stałe opóźnienie w szerokim paśmie widmowym.
⊙Superachromatyczne: Superachromatyczne płytki falowe to specjalny rodzaj achromatycznych płytek falowych, które służą do eliminacji dyspersji chromatycznej w znacznie szerszym paśmie fal. Wiele superachromatycznych płytek falowych można stosować zarówno w widmie widzialnym, jak i w obszarze NIR z bliską taką samą, jeśli nie lepszą, jednorodnością niż typowe achromatyczne płytki falowe. Tam, gdzie typowe achromatyczne płytki falowe są wykonane z kwarcu i fluorku magnezu o określonych grubościach, superachromatyczne płytki falowe wykorzystują dodatkowe podłoże szafirowe wraz z kwarcem i fluorkiem magnezu. Grubość wszystkich trzech podłoży jest określana strategicznie, aby wyeliminować dyspersję chromatyczną w przypadku większego zakresu długości fal.
Przewodnik po wyborze polaryzatora
⊙Płyty Wave z wieloma zamówieniami
Płytka falowa niskiego (wielokrotnego) rzędu została zaprojektowana tak, aby zapewnić opóźnienie kilku pełnych fal plus żądany ułamek. W rezultacie otrzymujemy pojedynczy, solidny fizycznie komponent o pożądanej wydajności. Składa się z pojedynczej płytki z kryształowego kwarcu (nominalnie o grubości 0,5 mm). Nawet małe zmiany długości fali lub temperatury spowodują znaczące zmiany w pożądanym opóźnieniu ułamkowym. Płytki falowe wielorzędowe są tańsze i znajdują zastosowanie w wielu zastosowaniach, w których zwiększona czułość nie jest istotna. Są dobrym wyborem do stosowania ze światłem monochromatycznym w środowisku o kontrolowanym klimacie. Zwykle są łączone z laserem w laboratorium. Z kolei zastosowania takie jak mineralogia wykorzystują przesunięcie chromatyczne (opóźnienie w funkcji zmiany długości fali) nieodłącznie związane z płytami falowymi wielu rzędów.
Płyta półfalowa o wielu rzędach
Płyta ćwierćfalowa wielorzędowa
Alternatywą dla konwencjonalnych płytek z krystalicznego kwarcu jest polimerowa folia opóźniająca. Folia ta jest dostępna w kilku rozmiarach i opóźnieniach oraz za ułamek ceny płyt z falami krystalicznymi. Opóźniacze błony są lepsze pod względem zastosowania od kwarcu krystalicznego pod względem elastyczności. Ich cienka polimerowa konstrukcja pozwala na łatwe docięcie folii do niezbędnego kształtu i rozmiaru. Folie te idealnie nadają się do stosowania w zastosowaniach wykorzystujących wyświetlacze LCD i światłowody. Polimerowa folia opóźniająca dostępna jest także w wersjach achromatycznych. Folia ta ma jednak niski próg uszkodzenia i nie powinna być używana ze źródłami światła o dużej mocy, takimi jak lasery. Ponadto jego zastosowanie ogranicza się do widma widzialnego, więc zastosowania UV, NIR lub IR będą wymagały alternatywy.
Płytki falowe wielokrotnego rzędu oznaczają, że opóźnienie ścieżki światła ulegnie pewnej liczbie przesunięć pełnej długości fali oprócz ułamkowego opóźnienia projektowego. Grubość wielowarstwowej płyty falowej wynosi zawsze około 0,5 mm. W porównaniu z płytkami falowymi rzędu zerowego, płytki falowe wielorzędowe są bardziej wrażliwe na zmiany długości fali i temperatury. Są jednak tańsze i szeroko stosowane w wielu zastosowaniach, w których zwiększona czułość nie jest krytyczna.
⊙Płyty fali zerowego rzędu
Ponieważ ich całkowite opóźnienie stanowi niewielki procent typu wielokrotnego rzędu, opóźnienie dla płyt falowych rzędu zerowego jest znacznie bardziej stałe w odniesieniu do zmian temperatury i długości fali. W sytuacjach wymagających większej stabilności lub większych wahań temperatury idealnym wyborem są płytki falowe rzędu zerowego. Przykłady zastosowań obejmują obserwację rozszerzonego widma długości fali lub wykonywanie pomiarów za pomocą instrumentu używanego w terenie.
Płyta półfalowa zerowego rzędu
Płyta ćwierćfalowa zerowego rzędu
- Cementowana płytka falowa rzędu zerowego jest zbudowana z dwóch płytek kwarcowych, których szybka oś jest skrzyżowana, a obie płytki są cementowane żywicą epoksydową UV. Różnica grubości pomiędzy dwiema płytami określa opóźnienie. Płyty falowe rzędu zerowego charakteryzują się znacznie mniejszą zależnością od temperatury i zmiany długości fali niż płyty falowe wielorzędowego.
- Płytka falowa zerowego rzędu ze stykiem optycznym jest zbudowana z dwóch płytek kwarcowych, których szybkie osie skrzyżowane są, przy czym obie płytki są zbudowane metodą styku optycznego, a ścieżka optyczna nie zawiera żywic epoksydowych.
- Płytka o fali zerowego rzędu z odstępem powietrznym jest zbudowana z dwóch płytek kwarcowych zainstalowanych w uchwycie tworzącym szczelinę powietrzną pomiędzy dwiema płytkami kwarcowymi.
- Prawdziwa płyta kwarcowa zerowego rzędu jest wykonana z pojedynczej płyty kwarcowej, która jest bardzo cienka. Mogą być oferowane jako pojedyncza płyta do zastosowań o wysokim progu uszkodzeń (powyżej 1 GW/cm2) lub jako cementowana cienka płyta kwarcowa na podłożu BK7 w celu zapewnienia wytrzymałości i rozwiązania problemu łatwego uszkodzenia.
- Płytka falowa o podwójnej długości fali o zerowym rzędzie może zapewnić określone opóźnienie przy dwóch długościach fal (długości fali podstawowej i długości fali drugiej harmonicznej) jednocześnie. Płytki falowe o podwójnej długości fali są szczególnie przydatne w połączeniu z innymi komponentami wrażliwymi na polaryzację w celu oddzielenia współosiowych wiązek laserowych o różnych długościach fal. Płytka falowa o podwójnej długości fali rzędu zerowego jest szeroko stosowana w laserach femtosekundowych.
- Płyta fal telekomunikacyjnych to tylko jedna płyta kwarcowa w porównaniu do cementowanej płyty falowej o zerowym rzędzie. Stosowany jest głównie w komunikacji światłowodowej. Płytki falowe telekomunikacyjne to cienkie i kompaktowe płytki falowe zaprojektowane specjalnie w celu spełnienia wysokich wymagań komponentów komunikacji światłowodowej. Płytkę półfalową można wykorzystać do obracania stanu polaryzacji, natomiast płytkę ćwierćfalową można wykorzystać do przekształcenia światła spolaryzowanego liniowo w stan polaryzacji kołowej i odwrotnie. Płytka półfalowa ma grubość około 91 μm, płytka ćwierćfalowa ma zawsze nie 1/4 fali, ale 3/4 fali, o grubości około 137 μm. Te ultracienkie płytki falowe zapewniają najlepszą szerokość pasma temperaturowego, kątowego i długości fali. Niewielki rozmiar tych płytek falowych sprawia, że idealnie nadają się do zmniejszania całkowitego rozmiaru opakowania projektu. Na Twoją prośbę możemy dostarczyć niestandardowe rozmiary.
- Płytka o falach zerowego rzędu średniej podczerwieni zbudowana jest z dwóch płytek z fluorku magnezu (MgF2), których szybkie osie skrzyżowały się. Obie płytki są zbudowane metodą kontaktu optycznego, a ścieżka optyczna nie zawiera żywic epoksydowych. Różnica grubości pomiędzy dwiema płytami określa opóźnienie. Płytki o falach zerowego rzędu średniej podczerwieni są szeroko stosowane w zastosowaniach w podczerwieni, idealnie w zakresie 2,5–6,0 mikronów.
⊙Płyty achromatyczne Wave
Achromatyczne płytki falowe są podobne do płytek falowych rzędu zerowego, z tą różnicą, że obie płytki są wykonane z różnych kryształów dwójłomnych. Dzięki kompensacji dwóch materiałów, achromatyczne płyty falowe są znacznie bardziej stałe niż nawet płyty falowe rzędu zerowego. Achromatyczna płyta falowa jest podobna do płyty falowej rzędu zerowego, z tą różnicą, że obie płytki są wykonane z różnych kryształów dwójłomnych. Ponieważ rozproszenie dwójłomności dwóch materiałów jest różne, możliwe jest określenie wartości opóźnienia w szerokim zakresie długości fal. Zatem opóźnienie będzie mniej wrażliwe na zmianę długości fali. Jeśli sytuacja obejmuje kilka długości fal widmowych lub całe pasmo (na przykład od fioletu do czerwieni), idealnym wyborem są achromatyczne płytki falowe.
Płytka achromatyczna NIR
Achromatyczna płyta falowa SWIR
Płyta achromatyczna VIS Wave
⊙Płytki superachromatyczne Wave
Płyty Super Achromatic Wave są podobne do achromatycznych płyt Wave, zapewniając raczej płaskie opóźnienie w superszerokopasmowym zakresie długości fal. Normalna achromatyczna płyta falowa składa się z jednej płytki kwarcowej i jednej płytki MgF2, która ma zakres fal wynoszący zaledwie kilkaset nanometrów. Nasze superachromatyczne płytki falowe są wykonane z trzech materiałów: kwarcu, MgF2 i szafiru, które mogą zapewnić płaskie opóźnienie w szerszym zakresie długości fal.
⊙Retardery w kształcie rombu Fresnela
Retardery rombowe Fresnela wykorzystują odbicie wewnętrzne pod określonymi kątami w strukturze pryzmatu, aby nadać opóźnienie padającemu światłu spolaryzowanemu. Podobnie jak płytki achromatyczne, mogą zapewnić równomierne opóźnienie w szerokim zakresie długości fal. Ponieważ opóźnienie opóźniaczy rombowych Fresnela zależy tylko od współczynnika załamania światła i geometrii materiału, zakres długości fali jest szerszy niż w przypadku achromatycznej płytki falowej wykonanej z dwójłomnego kryształu. Pojedynczy zwalniacz rombowy Fresnela wytwarza opóźnienie fazowe λ/4, światło wyjściowe jest równoległe do światła wejściowego, ale jest przesunięte w bok; Zwalniacz z podwójnym rombem Fresnela wytwarza opóźnienie fazowe λ/2 i składa się z dwóch zwalniaczy z pojedynczym rombem Fresnela. Dostarczamy standardowe zwalniacze typu romb Fresnela BK7. Inne materiały, takie jak ZnSe i CaF2, są dostępne na życzenie. Opóźniacze te są zoptymalizowane do stosowania w zastosowaniach diodowych i światłowodowych. Ponieważ działanie opóźniaczy rombowych Fresnela opiera się na całkowitym wewnętrznym odbiciu, można je stosować w zastosowaniach szerokopasmowych lub achromatycznych.
Retardery w kształcie rombu Fresnela
⊙Rotatory polaryzacyjne z kwarcu krystalicznego
Rotatory polaryzacji krystalicznej kwarcu to monokryształy kwarcu, które obracają polaryzację padającego światła niezależnie od ustawienia rotatora i polaryzacji światła. Ze względu na aktywność obrotową naturalnego kryształu kwarcu może on być również stosowany jako rotatory polaryzacji, dzięki czemu płaszczyzna wejściowej wiązki spolaryzowanej liniowo będzie obracana pod specjalnym kątem, który jest określony przez grubość kryształu kwarcu. W naszej ofercie znajdują się obecnie rotatory lewo i praworęczne. Ponieważ obracają płaszczyznę polaryzacji o określony kąt, rotatory polaryzacyjne z kwarcu krystalicznego są doskonałą alternatywą dla płytek falowych i mogą być używane do obracania całej polaryzacji światła wzdłuż osi optycznej, a nie tylko pojedynczej składowej światła. Kierunek propagacji padającego światła musi być prostopadły do rotatora.
Paralight Optics oferuje achromatyczne płytki falowe, superachromatyczne płytki falowe, cementowane płytki falowe o zerowym rzędzie, optycznie kontaktowane płytki falowe o zerowym rzędzie, umieszczone w przestrzeni powietrznej płytki falowe o zerowym rzędzie, prawdziwe płytki falowe o zerowym rzędzie, pojedyncze płytki falowe o dużej mocy, płytki falowe o wielu rzędach , płytki falowe o podwójnej długości fali, płytki falowe o podwójnej długości fali rzędu zerowego, płyty falowe telekomunikacyjne, płytki falowe środkowej podczerwieni o zerowym rzędzie, zwalniacze rombowe Fresnela, uchwyty pierścieniowe do płytek falowych i kwarcowe rotatory polaryzacyjne.
Płyty falowe
Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat optyki polaryzacyjnej lub otrzymać wycenę, skontaktuj się z nami.
