Обзор
Поляризационная оптика используется для изменения состояния поляризации падающего излучения. Наша поляризационная оптика включает в себя поляризаторы, волновые пластины/замедлители, деполяризаторы, вращатели Фарадея и оптические изоляторы в УФ, видимом или ИК диапазонах спектра.
Волновые пластины, также известные как замедлители, передают свет и изменяют его состояние поляризации, не ослабляя, не отклоняя и не смещая луч. Они делают это путем замедления (или задержки) одного компонента поляризации по отношению к его ортогональному компоненту. Волновая пластинка — оптический элемент, имеющий две главные оси, медленную и быструю, которые разделяют падающий поляризованный луч на два взаимно перпендикулярных поляризованных луча. Возникающий луч вновь объединяется, образуя особый одинарный поляризованный луч. Волновые пластины производят полные, полу- и четвертьволны торможения. Они также известны как замедлитель или пластина замедления. В неполяризованном свете волновые пластинки эквивалентны окнам — они оба представляют собой плоские оптические компоненты, через которые проходит свет.
⊙Четвертьволновая пластинка: когда линейно поляризованный свет подается под углом 45 градусов к оси четвертьволновой пластинки, выходной сигнал поляризован по кругу, и наоборот.
⊙Полуволновая пластина: Полуволновая пластина вращает линейно поляризованный свет в любую желаемую ориентацию. Угол поворота в два раза превышает угол между падающим поляризованным светом и оптической осью.
Лазерная четвертьволновая пластина нулевого порядка с воздушным зазором
Лазерная полуволновая пластина нулевого порядка с воздушным зазором
Волновые пластины идеально подходят для контроля и анализа состояния поляризации света. Они предлагаются в трех основных типах — нулевого порядка, множественного порядка и ахроматических — каждый из которых имеет уникальные преимущества в зависимости от конкретного применения. Хорошее понимание ключевых терминов и спецификаций помогает выбрать правильную волновую пластину, независимо от того, насколько проста или сложна оптическая система.
Терминология и характеристики
⊙Двулучепреломление: Волновые пластины изготовлены из материалов с двойным лучепреломлением, чаще всего из кристаллического кварца. Двулучепреломляющие материалы имеют немного разные показатели преломления света, поляризованного в разных ориентациях. Таким образом, они разделяют падающий неполяризованный свет на его параллельные и ортогональные компоненты, показанные на следующем рисунке.
Двулучепреломляющий кристалл кальцита, разделяющий неполяризованный свет
⊙Быстрая ось и медленная ось: свет, поляризованный вдоль быстрой оси, имеет более низкий показатель преломления и проходит через волновые пластины быстрее, чем свет, поляризованный вдоль медленной оси. Быстрая ось обозначается небольшим плоским пятном или точкой на диаметре быстрой оси демонтированной волновой пластины или меткой на креплении ячейки установленной волновой пластины.
⊙Задержка: Задержка описывает фазовый сдвиг между компонентом поляризации, проецируемым вдоль быстрой оси, и компонентом, проецируемым вдоль медленной оси. Замедление указывается в градусах, волнах или нанометрах. Одна полная волна замедления эквивалентна 360° или количеству нанометров на интересующей длине волны. Допуск на задержку обычно указывается в градусах, натуральных или десятичных долях полной волны или нанометрах. Примеры типичных характеристик и допусков замедления: λ/4 ± λ/300, λ/2 ± 0,003λ, λ/2 ± 1°, 430 нм ± 2 нм.
Наиболее популярными значениями замедления являются λ/4, λ/2 и 1λ, но в некоторых приложениях могут быть полезны и другие значения. Например, внутреннее отражение от призмы вызывает фазовый сдвиг между компонентами, который может быть неприятным; компенсирующая волновая пластина может восстановить желаемую поляризацию.
⊙Множественный порядок: в волновых пластинах с несколькими порядками общее замедление равно желаемому замедлению плюс целое число. Лишняя целочисленная часть не влияет на производительность, точно так же, как часы, показывающие полдень сегодня, выглядят так же, как часы, показывающие полдень неделю спустя — хотя время было добавлено, оно все равно выглядит таким же. Хотя волновые пластины множественного порядка сконструированы только из одного материала с двойным лучепреломлением, они могут быть относительно толстыми, что упрощает обращение и интеграцию системы. Однако большая толщина делает волновые пластины нескольких порядков более восприимчивыми к сдвигам запаздывания, вызванным сдвигом длины волны или изменениями температуры окружающей среды.
⊙Нулевой порядок: Волновая пластина нулевого порядка предназначена для обеспечения задержки нулевых полных волн без избытка плюс желаемая доля. Например, кварцевые волновые пластины нулевого порядка состоят из двух кварцевых волновых пластин нескольких порядков, оси которых скрещены, так что разница между ними равна эффективному замедлению. Стандартная волновая пластинка нулевого порядка, также известная как составная волновая пластинка нулевого порядка, состоит из нескольких волновых пластин из одного и того же двулучепреломляющего материала, которые расположены перпендикулярно оптической оси. Наложение нескольких волновых пластин уравновешивает сдвиги замедления, возникающие в отдельных волновых пластинах, улучшая устойчивость замедления к сдвигам длины волны и изменениям температуры окружающей среды. Стандартные волновые пластины нулевого порядка не улучшают сдвиг замедления, вызванный другим углом падения. Волновая пластина истинного нулевого порядка состоит из одного двулучепреломляющего материала, который был переработан в ультратонкую пластину, толщина которой может составлять всего несколько микрон, чтобы достичь определенного уровня замедления нулевого порядка. Хотя тонкость пластины может затруднить обращение с волновой пластиной или ее установку, настоящие волновые пластины нулевого порядка обеспечивают превосходную устойчивость к сдвигу длины волны, изменению температуры окружающей среды и другой угол падения, чем другие волновые пластины. Пластины с волнами нулевого порядка демонстрируют лучшие характеристики, чем пластины с волнами множественного порядка. Они демонстрируют более широкую полосу пропускания и меньшую чувствительность к изменениям температуры и длины волны, поэтому их следует рассматривать для более важных приложений.
⊙Ахроматика: Ахроматические волновые пластины состоят из двух разных материалов, которые практически устраняют хроматическую дисперсию. Стандартные ахроматические линзы изготавливаются из двух типов стекла, которые подбираются для достижения желаемого фокусного расстояния при минимизации или устранении хроматической аберрации. Ахроматические волновые пластинки работают по тому же основному принципу. Например, ахроматические волновые пластины изготавливаются из кристаллического кварца и фторида магния, что позволяет добиться почти постоянного замедления в широком спектральном диапазоне.
⊙Суперахроматические: Суперахроматические волновые пластины представляют собой особый тип ахроматических волновых пластин, которые используются для устранения хроматической дисперсии в гораздо более широком диапазоне волн. Многие суперахроматические волновые пластины можно использовать как для видимого спектра, так и для ближнего ИК-диапазона с почти такой же, если не лучшей, однородностью, чем типичные ахроматические волновые пластины. В то время как типичные ахроматические волновые пластины изготавливаются из кварца и фторида магния определенной толщины, в суперахроматических волновых пластинах используется дополнительная сапфировая подложка вместе с кварцем и фторидом магния. Толщина всех трех подложек стратегически определена для устранения хроматической дисперсии в более широком диапазоне длин волн.
Руководство по выбору поляризатора
⊙Пластины с несколькими волнами заказов
Волновая пластина низкого (множественного) порядка предназначена для обеспечения замедления нескольких полных волн плюс желаемая доля. В результате получается единый физически надежный компонент с желаемой производительностью. Он состоит из одной пластины кристаллического кварца (номинальной толщиной 0,5 мм). Даже небольшие изменения длины волны или температуры приведут к значительным изменениям желаемого фракционного замедления. Волновые пластины нескольких порядков дешевле и находят применение во многих приложениях, где повышенная чувствительность не важна. Они являются хорошим выбором для использования с монохроматическим светом в условиях климат-контроля. Обычно в лаборатории они сочетаются с лазером. Напротив, в таких приложениях, как минералогия, используется хроматический сдвиг (замедление в зависимости от изменения длины волны), присущий волновым пластинам нескольких порядков.
Полуволновая пластина многопорядкового порядка
Четвертьволновая пластина нескольких порядков
Альтернативой обычным волновым пластинам из кристаллического кварца является полимерная пленка-замедлитель. Эта пленка доступна в нескольких размерах и вариантах замедления и стоит гораздо дешевле, чем пластины с кристаллическими волнами. Пленочные замедлители превосходят кристаллический кварц с точки зрения гибкости применения. Их тонкая полимерная конструкция позволяет легко разрезать пленку до необходимой формы и размера. Эти пленки идеально подходят для использования в устройствах, использующих ЖК-дисплеи и оптоволокно. Полимерная пленка-замедлитель также доступна в ахроматических версиях. Однако эта пленка имеет низкий порог повреждения, и ее не следует использовать с мощными источниками света, такими как лазеры. Кроме того, его использование ограничено видимым спектром, поэтому для приложений УФ, БИК или ИК потребуется альтернатива.
Волновые пластины множественного порядка означают, что замедление светового пути будет претерпевать определенное количество сдвигов на полную длину волны в дополнение к дробному расчетному замедлению. Толщина волновой пластины многопорядков всегда составляет около 0,5 мм. По сравнению с волновыми пластинами нулевого порядка, волновые пластины многопорядков более чувствительны к изменениям длины волны и температуры. Однако они менее дороги и широко используются во многих приложениях, где повышенная чувствительность не является критической.
⊙Волновые пластины нулевого порядка
Поскольку их общее замедление составляет небольшой процент от типа кратного порядка, замедление для волновых пластин нулевого порядка гораздо более постоянно по отношению к изменениям температуры и длины волны. В ситуациях, требующих большей стабильности или больших отклонений температуры, волновые пластины нулевого порядка являются идеальным выбором. Примеры применения включают наблюдение расширенной спектральной длины волны или проведение измерений с помощью прибора, используемого в полевых условиях.
Полуволновая пластина нулевого порядка
Четвертьволновая пластина нулевого порядка
- Цементированная волновая пластина нулевого порядка состоит из двух кварцевых пластин с пересеченной быстрой осью, обе пластины склеены УФ-эпоксидной смолой. Разница в толщине двух пластин определяет замедление. Волновые пластины нулевого порядка обеспечивают существенно меньшую зависимость от температуры и изменения длины волны, чем волновые пластины многопорядков.
- Волновая пластина нулевого порядка с оптическим контактом состоит из двух кварцевых пластин с пересеченной быстрой осью, обе пластины изготовлены методом оптического контакта, оптический путь не содержит эпоксидной смолы.
- Волновая пластина нулевого порядка с воздушным зазором состоит из двух кварцевых пластин, установленных в держателе, образующем воздушный зазор между двумя кварцевыми пластинами.
- Настоящая кварцевая пластина нулевого порядка состоит из одной очень тонкой кварцевой пластины. Они могут предлагаться либо сами по себе в виде отдельной пластины для применений с высоким порогом повреждения (более 1 ГВт/см2), либо в виде цементированной тонкой кварцевой пластины на подложке BK7 для обеспечения прочности и решения проблемы легкого повреждения.
- Волновая пластина нулевого порядка с двойной длиной волны может одновременно обеспечивать определенное замедление на двух длинах волн (основной длине волны и длине волны второй гармоники). Волновые пластины с двумя длинами волн особенно полезны при использовании в сочетании с другими чувствительными к поляризации компонентами для разделения коаксиальных лазерных лучей различной длины волны. Волновая пластина нулевого порядка с двойной длиной волны широко используется в фемтосекундных лазерах.
- Телекоммуникационная волновая пластина представляет собой всего лишь одну кварцевую пластину по сравнению с цементированной волновой пластиной истинного нулевого порядка. В основном он используется в оптоволоконной связи. Телекоммуникационные волновые пластины — это тонкие и компактные волновые пластины, специально разработанные для удовлетворения строгих требований компонентов оптоволоконной связи. Полуволновая пластина может использоваться для вращения состояния поляризации, а четвертьволновая пластина может использоваться для преобразования линейно поляризованного света в состояние круговой поляризации и наоборот. Полуволновая пластина имеет толщину около 91 мкм, четвертьволновая пластина всегда имеет толщину не 1/4 волны, а 3/4 волны, около 137 мкм. Эти ультратонкие волновые пластины обеспечивают наилучшую ширину полосы температур, углов и длин волн. Небольшой размер этих волновых пластин также делает их идеальными для уменьшения общего размера вашей конструкции. Мы можем предоставить нестандартные размеры по вашему запросу.
- Пластина с волнами нулевого порядка в среднем инфракрасном диапазоне состоит из двух пластин из фторида магния (MgF2) с пересеченной быстрой осью, две пластины изготовлены методом оптического контакта, оптический путь не содержит эпоксидной смолы. Разница в толщине двух пластин определяет замедление. Пластины с волнами нулевого порядка среднего инфракрасного диапазона широко используются в инфракрасных приложениях, в идеале в диапазоне 2,5–6,0 микрон.
⊙Ахроматические волновые пластины
Ахроматические волновые пластины аналогичны волновым пластинам нулевого порядка, за исключением того, что обе пластины изготовлены из разных кристаллов двойного лучепреломления. Благодаря компенсации двух материалов ахроматические волновые пластины гораздо более постоянны, чем даже волновые пластины нулевого порядка. Ахроматическая волновая пластина аналогична волновой пластине нулевого порядка, за исключением того, что обе пластины изготовлены из разных кристаллов двойного лучепреломления. Поскольку дисперсия двулучепреломления двух материалов различна, можно задать значения замедления в широком диапазоне длин волн. Таким образом, замедление будет менее чувствительным к изменению длины волны. Если ситуация охватывает несколько спектральных длин волн или целый диапазон (например, от фиолетового до красного), ахроматические волновые пластинки являются идеальным выбором.
Ахроматическая волновая пластина NIR
Ахроматическая волновая пластина SWIR
Ахроматическая волновая пластина VIS
⊙Пластины Super Achromatic Wave
Пластины Super Achromatic Wave похожи на пластины ахроматических волн, но обеспечивают равномерное замедление в сверхширокополосном диапазоне длин волн. Обычная ахроматическая волновая пластина состоит из одной кварцевой пластины и одной пластины MgF2, диапазон длин волн которых составляет всего несколько сотен нанометров. Наши суперахроматические волновые пластины изготовлены из трех материалов: кварца, MgF2 и сапфира, которые могут обеспечить плоское замедление в более широком диапазоне длин волн.
⊙Ромбические замедлители Френеля
Ромбические замедлители Френеля используют внутреннее отражение под определенными углами внутри призматической структуры, чтобы придать замедление падающему поляризованному свету. Подобно пластинам ахроматической волны, они могут обеспечивать равномерное замедление в широком диапазоне длин волн. Поскольку замедление ромбовидных замедлителей Френеля зависит только от показателя преломления и геометрии материала, диапазон длин волн шире, чем у ахроматической волновой пластины, изготовленной из двулучепреломляющего кристалла. Замедлители с одним ромбом Френеля обеспечивают задержку фазы λ/4, выходной свет параллелен входному свету, но смещен вбок; Замедлители с двойным ромбом Френеля обеспечивают фазовое замедление λ/2. Он состоит из двух замедлителей с одинарным ромбом Френеля. Мы поставляем стандартные ромбовидные замедлители Френеля BK7, другие материалы, такие как ZnSe и CaF2, доступны по запросу. Эти замедлители оптимизированы для использования с диодами и оптоволокном. Поскольку ромбовидные замедлители Френеля работают на основе полного внутреннего отражения, их можно использовать для широкополосного или ахроматического использования.
Ромбические замедлители Френеля
⊙Кристаллические кварцевые поляризационные ротаторы
Вращатели поляризации кристаллического кварца представляют собой монокристаллы кварца, которые вращают поляризацию падающего света независимо от выравнивания вращателя и поляризации света. Благодаря вращательной активности природного кристалла кварца его также можно использовать в качестве вращателей поляризации, так что плоскость входного линейно поляризованного луча будет поворачиваться на специальный угол, который определяется толщиной кристалла кварца. Теперь мы можем предложить левосторонние и правосторонние ротаторы. Поскольку они поворачивают плоскость поляризации на определенный угол, вращатели поляризации кристаллического кварца являются отличной альтернативой волновым пластинам и могут использоваться для вращения всей поляризации света вдоль оптической оси, а не только отдельного компонента света. Направление распространения падающего света должно быть перпендикулярно вращателю.
Paralight Optics предлагает ахроматические волновые пластины, суперахроматические волновые пластины, цементированные волновые пластины нулевого порядка, волновые пластины нулевого порядка с оптическим контактом, волновые пластины нулевого порядка с воздушным зазором, волновые пластины истинного нулевого порядка, одиночные пластинчатые волновые пластины высокой мощности, волновые пластины нескольких порядков , волновые пластины с двойной длиной волны, волновые пластины с двойной длиной волны нулевого порядка, волновые пластины для телекоммуникаций, волновые пластины нулевого порядка для среднего ИК-диапазона, ромбовидные замедлители Френеля, кольцевые держатели для волновых пластин и кварцевые поляризационные вращатели.
Волновые пластины
Для получения более подробной информации о поляризационной оптике или получения ценового предложения свяжитесь с нами.
