Visão geral
A óptica de polarização é usada para alterar o estado de polarização da radiação incidente. Nossas ópticas de polarização incluem polarizadores, placas de onda/retardadores, despolarizadores, rotadores faraday e isoladores ópticos nas faixas espectrais UV, visível ou IR.
Rotador Faraday de 1064 nm
Isolador de espaço livre
Polarizador Nd-YAG de alta potência
O design óptico frequentemente se concentra no comprimento de onda e na intensidade da luz, negligenciando sua polarização. A polarização, entretanto, é uma propriedade importante da luz como onda. A luz é uma onda eletromagnética e o campo elétrico dessa onda oscila perpendicularmente à direção de propagação. O estado de polarização descreve a orientação da oscilação da onda em relação à direção de propagação. A luz é chamada de não polarizada se a direção desse campo elétrico flutua aleatoriamente no tempo. Se a direção do campo elétrico da luz estiver bem definida, ela é chamada de luz polarizada. A fonte mais comum de luz polarizada é um laser. Dependendo de como o campo elétrico está orientado, classificamos a luz polarizada em três tipos de polarizações:
★Polarização linear: a oscilação e a propagação ocorrem em um único plano.Thecampo elétrico de luz linearmente polarizada cconsiste em duas perpendiculares, iguais em amplitude, lineares componentes que não possuem diferença de fase.O campo elétrico resultante da luz está confinado a um único plano ao longo da direção de propagação.
★Polarização circular: a orientação da luz muda ao longo do tempo de forma helicoidal. O campo elétrico da luz consiste em duas componentes lineares perpendiculares entre si, iguais em amplitude, mas com diferença de fase de π/2. O campo elétrico de luz resultante gira em um círculo em torno da direção de propagação.
★Polarização elíptica: o campo elétrico da luz elipticamente polarizada descreve uma elipse, comparada a um círculo por polarização circular. Este campo elétrico pode ser considerado como a combinação de duas componentes lineares com amplitudes diferentes e/ou uma diferença de fase que não é π/2. Esta é a descrição mais geral da luz polarizada, e a luz polarizada circular e linear pode ser vista como casos especiais de luz elipticamente polarizada.
Os dois estados de polarização linear ortogonal são frequentemente chamados de “S” e “P”,elessão definidos pela sua orientação relativa ao plano de incidência.Luz polarizada Pque oscila paralelamente a este plano são “P”, enquanto a luz polarizada s que tem um campo elétrico polarizado perpendicularmente a este plano é “S”.Polarizadoressão elementos ópticos essenciais para controlar sua polarização, transmitindo um estado de polarização desejado enquanto reflete, absorve ou desvia o resto. Existe uma grande variedade de tipos de polarizadores, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. Para ajudá-lo a selecionar o melhor polarizador para sua aplicação, discutiremos as especificações do polarizador, bem como o guia de seleção de polarizadores.
P e S pol. são definidos por sua orientação relativa ao plano de incidência
Especificações do polarizador
Os polarizadores são definidos por alguns parâmetros principais, alguns dos quais são específicos da óptica de polarização. Os parâmetros mais importantes são:
⊙Transmissão: Este valor refere-se à transmissão de luz polarizada linearmente na direção do eixo de polarização ou à transmissão de luz não polarizada através do polarizador. A transmissão paralela é a transmissão de luz não polarizada através de dois polarizadores com seus eixos de polarização alinhados em paralelo, enquanto a transmissão cruzada é a transmissão de luz não polarizada através de dois polarizadores com seus eixos de polarização cruzados. Para polarizadores ideais, a transmissão de luz polarizada linearmente paralela ao eixo de polarização é de 100%, a transmissão paralela é de 50% e a transmissão cruzada é de 0%. A luz não polarizada pode ser considerada uma combinação aleatória que varia rapidamente de luz polarizada p e s. Um polarizador linear ideal transmitirá apenas uma das duas polarizações lineares, reduzindo a intensidade não polarizada inicial I0pela metade, ou seja,eu = eu0/2,então a transmissão paralela (para luz não polarizada) é de 50%. Para luz linearmente polarizada com intensidade I0, a intensidade transmitida através de um polarizador ideal, I, pode ser descrita pela lei de Malus, ou seja,eu = eu0porque2Øonde θ é o ângulo entre a polarização linear incidente e o eixo de polarização. Vemos que para eixos paralelos é alcançada 100% de transmissão, enquanto para eixos de 90°, também conhecidos como polarizadores cruzados, há 0% de transmissão, então a transmissão cruzada é de 0%. No entanto, em aplicações do mundo real, a transmissão nunca poderia ser exatamente 0%, portanto, os polarizadores são caracterizados por uma taxa de extinção conforme descrito abaixo, que pode ser usada para determinar a transmissão real através de dois polarizadores cruzados.
⊙Taxa de extinção e grau de polarização: As propriedades de polarização de um polarizador linear são normalmente definidas pelo grau de polarização ou eficiência de polarização, ou seja, P=(T1-T2)/(T1+T2) e sua taxa de extinção, ou seja, ρp=T2/T1onde as principais transmitâncias da luz polarizada linearmente através de um polarizador são T1 e T2. T1 é a transmissão máxima através do polarizador e ocorre quando o eixo de transmissão do polarizador é paralelo à polarização do feixe incidente linearmente polarizado; T2 é a transmissão mínima através do polarizador e ocorre quando o eixo de transmissão do polarizador é perpendicular à polarização do feixe incidente linearmente polarizado.
O desempenho de extinção de um polarizador linear é frequentemente expresso como 1 / ρp: 1. Este parâmetro varia de menos de 100:1 (o que significa que você tem 100 vezes mais transmissão para luz polarizada P do que luz polarizada S) para polarizadores de folha econômicos a 106:1 para polarizadores cristalinos birrefringentes de alta qualidade. A taxa de extinção normalmente varia com o comprimento de onda e o ângulo de incidência e deve ser avaliada juntamente com outros fatores como custo, tamanho e transmissão polarizada para uma determinada aplicação. Além da taxa de extinção, podemos medir o desempenho de um polarizador caracterizando a eficiência. O grau de eficiência de polarização é chamado de “contraste”, esta relação é comumente usada quando se considera aplicações com pouca luz onde as perdas de intensidade são críticas.
⊙Ângulo de aceitação: O ângulo de aceitação é o maior desvio do ângulo de incidência do projeto no qual o polarizador ainda funcionará dentro das especificações. A maioria dos polarizadores são projetados para funcionar em um ângulo de incidência de 0° ou 45°, ou no ângulo de Brewster. O ângulo de aceitação é importante para o alinhamento, mas tem particular importância quando se trabalha com vigas não colimadas. A grade de arame e os polarizadores dicróicos têm os maiores ângulos de aceitação, até um ângulo de aceitação total de quase 90°.
⊙Construção: Os polarizadores vêm em vários formatos e designs. Os polarizadores de filme fino são filmes finos semelhantes aos filtros ópticos. Os divisores de feixe de placa polarizadora são placas finas e planas colocadas em ângulo com o feixe. Os divisores de feixe de cubo polarizador consistem em dois prismas de ângulo reto montados juntos na hipotenusa.
Os polarizadores birrefringentes consistem em dois prismas cristalinos montados juntos, onde o ângulo dos prismas é determinado pelo design específico do polarizador.
⊙Abertura transparente: A abertura transparente é normalmente mais restritiva para polarizadores birrefringentes, pois a disponibilidade de cristais opticamente puros limita o tamanho desses polarizadores. Os polarizadores dicróicos têm as maiores aberturas transparentes disponíveis, pois sua fabricação se presta a tamanhos maiores.
⊙Comprimento do caminho óptico: O comprimento que a luz deve percorrer através do polarizador. Importante para dispersão, limites de dano e restrições de espaço, os comprimentos do caminho óptico podem ser significativos em polarizadores birrefringentes, mas geralmente são curtos em polarizadores dicróicos.
⊙Limite de dano: O limite de dano do laser é determinado pelo material usado, bem como pelo design do polarizador, com polarizadores birrefringentes normalmente tendo o limite de dano mais alto. O cimento é frequentemente o elemento mais suscetível aos danos do laser, razão pela qual os divisores de feixe com contato óptico ou os polarizadores birrefringentes espaçados a ar têm limites de dano mais altos.
Guia de seleção de polarizador
Existem vários tipos de polarizadores, incluindo dicróico, cubo, grade de arame e cristalino. Nenhum tipo de polarizador é ideal para todas as aplicações, cada um tem seus próprios pontos fortes e fracos.
Os polarizadores dicróicos transmitem um estado de polarização específico enquanto bloqueiam todos os outros. A construção típica consiste em um único substrato revestido ou filme polimérico dicróico, imprensado em duas placas de vidro. Quando um feixe natural transmite através do material dicróico, um dos componentes de polarização ortogonal do feixe é fortemente absorvido e o outro sai com uma absorção fraca. Portanto, o polarizador de folha dicróica pode ser usado para converter um feixe polarizado aleatoriamente em um feixe polarizado linearmente. Comparado com os prismas de polarização, o polarizador de folha dicróica oferece um tamanho muito maior e um ângulo aceitável. Embora você observe altas taxas de extinção e custo, a construção limita o uso de lasers de alta potência ou altas temperaturas. Os polarizadores dicróicos estão disponíveis em uma ampla variedade de formatos, desde filme laminado de baixo custo até polarizadores de alto contraste e precisão.
Polarizadores dicróicos absorvem o estado de polarização indesejado
Polarizing Cube Beamsplitters são feitos unindo dois prismas de ângulo reto com uma hipotenusa revestida. O revestimento polarizador é normalmente construído com camadas alternadas de materiais de alto e baixo índice que refletem a luz polarizada S e transmitem P. O resultado são dois feixes ortogonais em um formato fácil de montar e alinhar. Os revestimentos polarizadores normalmente podem suportar alta densidade de potência, porém os adesivos usados para cimentar os cubos podem falhar. Este modo de falha pode ser eliminado através do contato óptico. Embora normalmente vejamos alto contraste no feixe transmitido, o contraste refletido geralmente é menor.
Os polarizadores de grade de arame apresentam uma série de fios microscópicos em um substrato de vidro que transmite seletivamente a luz polarizada P e reflete a luz polarizada S. Devido à natureza mecânica, os polarizadores de grade de arame apresentam uma banda de comprimento de onda que é limitada apenas pela transmissão do substrato, tornando-os ideais para aplicações de banda larga que exigem polarização de alto contraste.
A polarização perpendicular aos fios metálicos é transmitida
O polarizador cristalino transmite uma polarização desejada e desvia o resto usando propriedades birrefringentes de seus materiais cristalinos
Os polarizadores cristalinos utilizam as propriedades birrefringentes do substrato para alterar o estado de polarização da luz que entra. Os materiais birrefringentes têm índices de refração ligeiramente diferentes para a luz polarizada em diferentes orientações, fazendo com que os diferentes estados de polarização percorram o material em velocidades diferentes.
Os polarizadores Wollaston são um tipo de polarizadores cristalinos que consistem em dois prismas birrefringentes de ângulo reto cimentados entre si, de modo que seus eixos ópticos sejam perpendiculares. Além disso, o alto limite de danos dos polarizadores cristalinos os torna ideais para aplicações de laser.
Polarizador Wollaston
A extensa linha de polarizadores da Paralight Optics inclui divisores de feixe de cubo polarizador, PBS de dois canais de alto desempenho, divisores de feixe de cubo polarizador de alta potência, divisores de feixe de placa polarizadora de 56°, divisores de feixe de placa polarizadora de 45°, polarizadores de folha dicróica, polarizadores lineares de nanopartículas, polarizadores birrefringentes ou cristalinos (Glan Polarizadores Taylor, Polarizadores Glan Laser, Polarizadores Glan Thompson, Polarizadores Wollaston, Polarizadores Rochon), Polarizadores Circulares Variáveis e Deslocadores/Combinadores de Feixe Polarizador.
Polarizadores de linha laser
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