Prezentare generală
Optica de polarizare este folosită pentru a schimba starea de polarizare a radiației incidente. Optica noastră de polarizare include polarizatoare, plăci de undă/întârziere, depolarizatoare, rotatoare Faraday și izolatori optici în intervalele spectrale UV, vizibile sau IR.
Rotator Faraday de 1064 nm
Izolator de spațiu liber
Polarizator Nd-YAG de mare putere
Designul optic se concentrează frecvent pe lungimea de undă și intensitatea luminii, neglijând în același timp polarizarea acesteia. Polarizarea, totuși, este o proprietate importantă a luminii ca undă. Lumina este o undă electromagnetică, iar câmpul electric al acestei unde oscilează perpendicular pe direcția de propagare. Starea de polarizare descrie orientarea oscilației undei în raport cu direcția de propagare. Lumina se numește nepolarizată dacă direcția acestui câmp electric fluctuează aleatoriu în timp. Dacă direcția câmpului electric al luminii este bine definită, se numește lumină polarizată. Cea mai comună sursă de lumină polarizată este un laser. În funcție de modul în care este orientat câmpul electric, clasificăm lumina polarizată în trei tipuri de polarizări:
★ Polarizare liniară: oscilația și propagarea sunt într-un singur plan.Thecâmpul electric al luminii polarizate liniar cpersistă a două perpendiculare, egale ca amplitudine, liniare componente care nu au diferență de fază.Câmpul electric rezultat al luminii este limitat la un singur plan de-a lungul direcției de propagare.
★ Polarizare circulară: orientarea luminii se schimbă în timp într-un mod elicoidal. Câmpul electric al luminii este format din două componente liniare care sunt perpendiculare una pe cealaltă, egale ca amplitudine, dar au o diferență de fază de π/2. Câmpul electric rezultat al luminii se rotește într-un cerc în jurul direcției de propagare.
★Polarizare eliptică: câmpul electric al luminii polarizate eliptic descrie o elipsă, în comparație cu un cerc prin polarizare circulară. Acest câmp electric poate fi considerat ca o combinație a două componente liniare cu amplitudini diferite și/sau o diferență de fază care nu este π/2. Aceasta este cea mai generală descriere a luminii polarizate, iar lumina polarizată circulară și liniară poate fi privită ca cazuri speciale de lumină polarizată eliptic.
Cele două stări de polarizare liniară ortogonală sunt adesea denumite „S” și „P”.eisunt definite prin orientarea lor relativă faţă de planul de incidenţă.Lumină P-polarizatăcare oscilează paralel cu acest plan sunt „P”, în timp ce lumina s-polarizată care are un câmp electric polarizat perpendicular pe acest plan sunt „S”.Polarizatoaresunt elemente optice cheie pentru controlul polarizării, transmiterea unei stări de polarizare dorită în timp ce reflectă, absorb sau deviază restul. Există o mare varietate de tipuri de polarizatoare, fiecare cu propriile avantaje și dezavantaje. Pentru a vă ajuta să alegeți cel mai bun polarizator pentru aplicația dvs., vom discuta despre specificațiile polarizatoarelor, precum și ghidul de selecție a polarizatorilor.
P și S pol. sunt definite prin orientarea lor relativă faţă de planul de incidenţă
Specificațiile polarizatorului
Polarizatoarele sunt definite de câțiva parametri cheie, dintre care unii sunt specifici opticii de polarizare. Cei mai importanți parametri sunt:
⊙Transmisie: Această valoare se referă fie la transmiterea luminii polarizate liniar în direcția axei de polarizare, fie la transmiterea luminii nepolarizate prin polarizator. Transmisia paralelă este transmisia luminii nepolarizate prin două polarizatoare cu axele lor de polarizare aliniate în paralel, în timp ce transmisia încrucișată este transmisia luminii nepolarizate prin două polarizatoare cu axele de polarizare încrucișate. Pentru polarizatoarele ideale, transmisia luminii polarizate liniar paralelă cu axa de polarizare este de 100%, transmisia paralelă este de 50% și transmisia încrucișată este de 0%. Lumina nepolarizată poate fi considerată o combinație aleatorie variabilă rapid de lumină polarizată p și s. Un polarizator liniar ideal va transmite doar una dintre cele două polarizări liniare, reducând intensitatea inițială nepolarizată I0la jumătate, adicăEu=I0/2,deci transmisia paralela (pentru lumina nepolarizata) este de 50%. Pentru lumină polarizată liniar cu intensitatea I0, intensitatea transmisă printr-un polarizator ideal, I, poate fi descrisă de legea lui Malus, adică,Eu=I0cos2Øunde θ este unghiul dintre polarizarea liniară incidentă și axa de polarizare. Vedem că pentru axele paralele se realizează o transmisie de 100%, în timp ce pentru axele de 90°, cunoscute și sub numele de polarizatoare încrucișate, există o transmisie de 0%, deci transmisia încrucișată este de 0%. Cu toate acestea, în aplicațiile din lumea reală, transmisia nu ar putea fi niciodată exact 0%, prin urmare, polarizatoarele sunt caracterizate printr-un raport de extincție așa cum este descris mai jos, care poate fi utilizat pentru a determina transmisia reală prin două polarizatoare încrucișate.
⊙Raportul de extincție și gradul de polarizare: Proprietățile de polarizare ale unui polarizator liniar sunt definite în mod obișnuit de gradul de polarizare sau eficiența polarizării, adică, P=(T1-T2)/(T1+T2) și raportul său de extincție, adică ρp=T2/T1unde principalele transmitanțe ale luminii polarizate liniar printr-un polarizator sunt T1 și T2. T1 este transmisia maximă prin polarizator și are loc atunci când axa de transmisie a polarizatorului este paralelă cu polarizarea fasciculului incident polarizat liniar; T2 este transmisia minimă prin polarizator și are loc atunci când axa de transmisie a polarizatorului este perpendiculară pe polarizarea fasciculului incident polarizat liniar.
Performanța de stingere a unui polarizator liniar este adesea exprimată ca 1 / ρp : 1. Acest parametru variază de la mai puțin de 100:1 (înseamnă că aveți de 100 de ori mai multă transmisie pentru lumina polarizată P decât pentru lumina polarizată S) pentru polarizatoarele economice cu foaie până la 106:1 pentru polarizatoare cristaline birefringente de înaltă calitate. Raportul de extincție variază de obicei în funcție de lungimea de undă și unghiul de incident și trebuie evaluat împreună cu alți factori precum costul, dimensiunea și transmisia polarizată pentru o anumită aplicație. Pe lângă raportul de extincție, putem măsura performanța unui polarizator prin caracterizarea eficienței. Gradul de eficiență de polarizare se numește „contrast”, acest raport este utilizat în mod obișnuit atunci când se iau în considerare aplicații cu lumină scăzută unde pierderile de intensitate sunt critice.
⊙Unghiul de acceptare: Unghiul de acceptare este cea mai mare abatere de la unghiul de incidență proiectat la care polarizatorul va funcționa în continuare conform specificațiilor. Majoritatea polarizatoarelor sunt proiectate să funcționeze la un unghi de incidență de 0° sau 45° sau la unghiul lui Brewster. Unghiul de acceptare este important pentru aliniere, dar are o importanță deosebită atunci când se lucrează cu grinzi necolimate. Grila de sârmă și polarizatoarele dicroice au cele mai mari unghiuri de acceptare, până la un unghi de acceptare complet de aproape 90°.
⊙Construcție: Polarizatoarele vin în multe forme și modele. Polarizatoarele cu peliculă subțire sunt filme subțiri similare filtrelor optice. Divizoarele de fascicule cu plăci polarizante sunt plăci subțiri, plate, plasate la un unghi față de fascicul. Divizoarele cube polarizante constau din două prisme în unghi drept montate împreună la ipotenuză.
Polarizatoarele birefringente constau din două prisme cristaline montate împreună, unde unghiul prismelor este determinat de designul specific al polarizatorului.
⊙Deschidere clară: deschiderea clară este de obicei cea mai restrictivă pentru polarizatoarele birefringente, deoarece disponibilitatea cristalelor optic pure limitează dimensiunea acestor polarizatoare. Polarizatoarele dicroice au cele mai mari deschideri clare disponibile, deoarece fabricarea lor se pretează la dimensiuni mai mari.
⊙Lungimea traseului optic: lungimea luminii trebuie să traverseze polarizator. Importante pentru dispersie, praguri de deteriorare și constrângeri de spațiu, lungimile căilor optice pot fi semnificative în polarizatoarele birefringente, dar sunt de obicei scurte în polarizatoarele dicroice.
⊙Pragul de deteriorare: pragul de deteriorare a laserului este determinat de materialul utilizat, precum și de designul polarizatorului, polarizatoarele birefringente având de obicei cel mai mare prag de deteriorare. Cimentul este adesea elementul cel mai susceptibil la deteriorarea laserului, motiv pentru care divizoarele de fascicule contactate optic sau polarizatoarele birefringente distanțate în aer au praguri de deteriorare mai mari.
Ghid de alegere a polarizatorului
Există mai multe tipuri de polarizatoare, inclusiv dicroice, cub, grilă de sârmă și cristaline. Niciun tip de polarizare nu este ideal pentru fiecare aplicație, fiecare are propriile sale puncte forte și puncte slabe.
Polarizatoarele dicroice transmit o stare de polarizare specifică în timp ce blochează toate celelalte. Construcția tipică constă dintr-un singur substrat acoperit sau film dicroic polimeric, intercalat cu două plăci de sticlă. Când un fascicul natural transmite prin materialul dicroic, una dintre componentele de polarizare ortogonală a fasciculului este puternic absorbită, iar cealaltă se stinge cu o absorbție slabă. Deci, polarizatorul dicroic cu foaie poate fi utilizat pentru a converti fasciculul polarizat aleatoriu în fasciculul polarizat liniar. În comparație cu prismele polarizante, polarizatorul cu folie dicroică oferă o dimensiune mult mai mare și un unghi acceptabil. În timp ce veți vedea raporturi ridicate între extincție și cost, construcția limitează utilizarea pentru lasere de mare putere sau temperaturi ridicate. Polarizatoarele dicroice sunt disponibile într-o gamă largă de forme, variind de la film laminat la preț redus până la polarizatoare de precizie cu contrast ridicat.
Polarizatoarele dicroice absorb starea de polarizare nedorită
Polarizing Cube Beamsplitters sunt realizate prin unirea a două prisme cu unghi drept cu o ipotenuză acoperită. Învelișul polarizant este în mod obișnuit construit din straturi alternative de materiale cu indice ridicat și scăzut care reflectă lumina polarizată S și transmit P. Rezultatul sunt două fascicule ortogonale într-o formă care este ușor de montat și aliniat. Acoperirile polarizante pot rezista de obicei la o densitate mare de putere, cu toate acestea, adezivii utilizați pentru a cimenta cuburile pot eșua. Acest mod de eroare poate fi eliminat prin contact optic. Deși vedem de obicei un contrast ridicat pentru fasciculul transmis, contrastul reflectat este de obicei mai scăzut.
Polarizatoarele cu grilă de sârmă prezintă o serie de fire microscopice pe un substrat de sticlă care transmite selectiv lumina P-polarizată și reflectă lumina S-polarizată. Datorită naturii mecanice, polarizatoarele cu rețea de sârmă prezintă o bandă de lungime de undă care este limitată doar de transmisia substratului, făcându-le ideale pentru aplicații în bandă largă care necesită polarizare cu contrast ridicat.
Se transmite polarizarea perpendiculară pe firele metalice
Polarizatorul cristalin transmite o polarizare dorită și deviază restul prin utilizarea proprietăților birefringente ale materialelor lor cristaline
Polarizatoarele cristaline utilizează proprietățile birefringente ale substratului pentru a modifica starea de polarizare a luminii care intră. Materialele birefringente au indici ușor diferiți de refracție pentru lumina polarizată în orientări diferite, ceea ce face ca diferitele stări de polarizare să călătorească prin material la viteze diferite.
Polarizatoarele Wollaston sunt un tip de polarizatoare cristaline care constau din două prisme birefringente în unghi drept cimentate împreună, astfel încât axele lor optice să fie perpendiculare. În plus, pragul ridicat de deteriorare al polarizatoarelor cristaline le face ideale pentru aplicații cu laser.
Polarizator Wollaston
Gama extinsă de polarizatoare Paralight Optics include divizoare de fascicul cub polarizat, PBS cu două canale de înaltă performanță, divizoare de fascicul cub de polarizare de mare putere, divizoare de fascicul cu plăci polarizante la 56°, divizoare de fascicul cu plăci polarizante la 45°, polarizatoare cu foaie dicroică, polarizatoare liniare de nanoparticule sau polarizante polarizante (cristaluri polarizante) Polarizatoare Taylor, polarizatoare Glan cu laser, polarizătoare Glan Thompson, polarizătoare Wollaston, polarizătoare Rochon), polarizatoare circulare variabile și dispozitive de deplasare/combinatoare cu fascicul polarizat.
Polarizatoare cu linie laser
Pentru informații mai detaliate despre optica de polarizare sau pentru a obține o ofertă, vă rugăm să ne contactați.
