Prehľad
Polarizačná optika slúži na zmenu stavu polarizácie dopadajúceho žiarenia. Naša polarizačná optika zahŕňa polarizátory, vlnové platne / spomaľovače, depolarizátory, faradayove rotátory a optické izolátory v UV, viditeľnom alebo IR spektrálnom rozsahu.
Faradayov rotátor 1064 nm
Izolátor voľného priestoru
Vysoko výkonný Nd-YAG polarizátor
Optický dizajn sa často zameriava na vlnovú dĺžku a intenzitu svetla, pričom zanedbáva jeho polarizáciu. Polarizácia je však dôležitou vlastnosťou svetla ako vlny. Svetlo je elektromagnetická vlna a elektrické pole tejto vlny kmitá kolmo na smer šírenia. Polarizačný stav popisuje orientáciu kmitania vlny vo vzťahu k smeru šírenia. Svetlo sa nazýva nepolarizované, ak smer tohto elektrického poľa náhodne kolíše v čase. Ak je smer elektrického poľa svetla dobre definovaný, nazýva sa polarizované svetlo. Najbežnejším zdrojom polarizovaného svetla je laser. Podľa toho, ako je elektrické pole orientované, delíme polarizované svetlo do troch typov polarizácií:
★Lineárna polarizácia: oscilácia a šírenie sú v jednej rovine.Theelektrické pole lineárne polarizovaného svetla cpozostáva z dvoch kolmých, rovnakej amplitúdy, lineárne komponenty, ktoré nemajú fázový rozdiel.Výsledné elektrické pole svetla je obmedzené na jednu rovinu pozdĺž smeru šírenia.
★Kruhová polarizácia: orientácia svetla sa v priebehu času mení špirálovito. Elektrické pole svetla pozostáva z dvoch lineárnych zložiek, ktoré sú na seba kolmé, majú rovnakú amplitúdu, ale majú fázový rozdiel π/2. Výsledné elektrické pole svetla rotuje v kruhu okolo smeru šírenia.
★Eliptická polarizácia: elektrické pole elipticky polarizovaného svetla opisuje elipsu v porovnaní s kruhom pomocou kruhovej polarizácie. Toto elektrické pole možno považovať za kombináciu dvoch lineárnych zložiek s rôznymi amplitúdami a/alebo fázovým rozdielom, ktorý nie je π/2. Toto je najvšeobecnejší popis polarizovaného svetla a kruhové a lineárne polarizované svetlo možno považovať za špeciálne prípady elipticky polarizovaného svetla.
Dva ortogonálne stavy lineárnej polarizácie sa často označujú ako „S“ a „P“.onisú definované ich relatívnou orientáciou k rovine dopadu.P-polarizované svetloktoré osciluje rovnobežne s touto rovinou sú „P“, zatiaľ čo s-polarizované svetlo, ktoré má elektrické pole polarizované kolmo na túto rovinu, sú „S“.Polarizátorysú kľúčové optické prvky na ovládanie vašej polarizácie, vysielanie požadovaného stavu polarizácie, zatiaľ čo zvyšok odráža, absorbuje alebo odchyľuje. Existuje široká škála typov polarizátorov, z ktorých každý má svoje výhody a nevýhody. Aby sme vám pomohli vybrať najlepší polarizátor pre vašu aplikáciu, prediskutujeme špecifikácie polarizátorov, ako aj sprievodcu výberom polarizátorov.
P a S pol. sú definované ich relatívnou orientáciou k rovine dopadu
Špecifikácie polarizátora
Polarizátory sú definované niekoľkými kľúčovými parametrami, z ktorých niektoré sú špecifické pre polarizačnú optiku. Najdôležitejšie parametre sú:
⊙Transmission: Táto hodnota sa vzťahuje buď na prenos lineárne polarizovaného svetla v smere polarizačnej osi, alebo na prenos nepolarizovaného svetla cez polarizátor. Paralelný prenos je prenos nepolarizovaného svetla cez dva polarizátory s paralelne zarovnanými polarizačnými osami, zatiaľ čo skrížený prenos je prenos nepolarizovaného svetla cez dva polarizátory so skríženými polarizačnými osami. Pre ideálne polarizátory je prenos lineárne polarizovaného svetla rovnobežne s polarizačnou osou 100 %, paralelný prenos je 50 % a skrížený prenos je 0 %. Nepolarizované svetlo možno považovať za rýchlo sa meniacu náhodnú kombináciu p- a s-polarizovaného svetla. Ideálny lineárny polarizátor bude prenášať iba jednu z dvoch lineárnych polarizácií, čím sa zníži počiatočná nepolarizovaná intenzita I0o polovicu, tj.Ja = ja0/2,takže paralelný prenos (pre nepolarizované svetlo) je 50%. Pre lineárne polarizované svetlo s intenzitou I0intenzitu prenášanú cez ideálny polarizátor I možno opísať Malusovým zákonom, tj.Ja = ja0cos2Økde θ je uhol medzi dopadajúcou lineárnou polarizáciou a osou polarizácie. Vidíme, že pre paralelné osi je dosiahnutý 100% prenos, zatiaľ čo pre 90° osi, známe tiež ako skrížené polarizátory, je 0% prenos, takže skrížený prenos je 0%. V aplikáciách v reálnom svete však prenos nikdy nemôže byť presne 0 %, preto sú polarizátory charakterizované extinkčným pomerom, ako je opísané nižšie, ktorý možno použiť na určenie skutočného prenosu cez dva skrížené polarizátory.
⊙Extinkčný pomer a stupeň polarizácie: Polarizačné vlastnosti lineárneho polarizátora sú typicky definované stupňom polarizácie alebo účinnosti polarizácie, tj P=(T1-T2)/(T1+T2) a jeho extinkčný pomer, tj ρp=T2/T1kde hlavné priepustnosti lineárne polarizovaného svetla cez polarizátor sú T1 a T2. T1 je maximálny prenos cez polarizátor a nastáva, keď je os prenosu polarizátora rovnobežná s polarizáciou dopadajúceho lineárne polarizovaného lúča; T2 je minimálny prenos cez polarizátor a nastáva, keď je os prenosu polarizátora kolmá na polarizáciu dopadajúceho lineárne polarizovaného lúča.
Extinkčný výkon lineárneho polarizátora sa často vyjadruje ako 1 / ρp : 1. Tento parameter sa pohybuje od menej ako 100:1 (čo znamená, že máte 100-krát väčšiu priepustnosť pre P polarizované svetlo ako pre S polarizované svetlo) pre ekonomické listové polarizátory do 106:1 pre vysoko kvalitné dvojlomné kryštalické polarizátory. Extinkčný pomer sa zvyčajne mení s vlnovou dĺžkou a uhlom dopadu a musí byť vyhodnotený spolu s ďalšími faktormi, ako sú náklady, veľkosť a polarizovaný prenos pre danú aplikáciu. Okrem extinkčného pomeru môžeme merať výkon polarizátora charakterizáciou účinnosti. Stupeň účinnosti polarizácie sa nazýva „kontrast“, tento pomer sa bežne používa pri zvažovaní aplikácií s nízkym osvetlením, kde sú straty intenzity kritické.
⊙Akceptačný uhol: Akceptačný uhol je najväčšia odchýlka od konštrukčného uhla dopadu, pri ktorej bude polarizátor stále fungovať v rámci špecifikácií. Väčšina polarizátorov je navrhnutá tak, aby pracovala pod uhlom dopadu 0° alebo 45° alebo pod Brewsterovým uhlom. Uhol prijatia je dôležitý pre zarovnanie, ale má osobitný význam pri práci s nekolimovanými lúčmi. Drôtená mriežka a dichroické polarizátory majú najväčšie akceptačné uhly, až do úplného akceptačného uhla takmer 90°.
⊙Konštrukcia: Polarizátory prichádzajú v mnohých formách a prevedeniach. Tenkovrstvové polarizátory sú tenké filmy podobné optickým filtrom. Deliče lúčov s polarizačnými doskami sú tenké ploché platne umiestnené pod uhlom k lúču. Polarizačné rozdeľovače lúčov pozostávajú z dvoch pravouhlých hranolov namontovaných spolu v prepone.
Dvojlomné polarizátory pozostávajú z dvoch kryštalických hranolov namontovaných spolu, pričom uhol hranolov je určený špecifickou konštrukciou polarizátora.
⊙Čistá clona: Čistá clona je zvyčajne najviac obmedzujúca pre dvojlomné polarizátory, pretože dostupnosť opticky čistých kryštálov obmedzuje veľkosť týchto polarizátorov. Dichroické polarizátory majú najväčšie dostupné číre otvory, pretože ich výroba sa hodí na väčšie veľkosti.
⊙Dĺžka optickej dráhy: Dĺžka svetla musí prejsť cez polarizátor. Dôležité pre rozptyl, prahy poškodenia a priestorové obmedzenia, dĺžky optickej dráhy môžu byť významné v dvojlomných polarizátoroch, ale zvyčajne sú krátke v dichroických polarizátoroch.
⊙Prah poškodenia: Prah poškodenia laserom je určený použitým materiálom, ako aj dizajnom polarizátora, pričom dvojlomné polarizátory majú zvyčajne najvyšší prah poškodenia. Cement je často najnáchylnejším prvkom na poškodenie laserom, a preto majú opticky kontaktované rozdeľovače lúčov alebo vzduchom umiestnené dvojlomné polarizátory vyššie prahy poškodenia.
Sprievodca výberom polarizátorov
Existuje niekoľko typov polarizátorov vrátane dichroických, kockových, drôtených a kryštalických. Žiadny typ polarizátora nie je ideálny pre každú aplikáciu, každý má svoje vlastné jedinečné silné a slabé stránky.
Dichroické polarizátory prenášajú špecifický stav polarizácie a blokujú všetky ostatné. Typická konštrukcia pozostáva z jedného potiahnutého substrátu alebo polymérneho dichroického filmu, zložených z dvoch sklenených dosiek. Keď prirodzený lúč prechádza cez dichroický materiál, jedna z ortogonálnych polarizačných zložiek lúča je silne absorbovaná a druhá odchádza so slabou absorpciou. Dichroický listový polarizátor sa teda môže použiť na konverziu náhodne polarizovaného lúča na lineárne polarizovaný lúč. V porovnaní s polarizačnými hranolmi ponúka dichroický plátový polarizátor oveľa väčšiu veľkosť a prijateľný uhol. Aj keď uvidíte vysoký pomer extinkcie k cene, konštrukcia obmedzuje použitie pre vysokovýkonné lasery alebo vysoké teploty. Dichroické polarizátory sú dostupné v širokej škále foriem, od lacných laminovaných fólií až po presné vysoko kontrastné polarizátory.
Dichroické polarizátory absorbujú nežiaduci stav polarizácie
Polarizačné Cube Beamsplitters sú vyrobené spojením dvoch pravouhlých hranolov s potiahnutou preponou. Polarizačný povlak je typicky konštruovaný zo striedajúcich sa vrstiev materiálov s vysokým a nízkym indexom, ktoré odrážajú S polarizované svetlo a prepúšťajú P. Výsledkom sú dva ortogonálne lúče vo forme, ktorá sa ľahko namontuje a zarovná. Polarizačné povlaky zvyčajne vydržia vysokú hustotu výkonu, avšak lepidlá používané na cementovanie kociek môžu zlyhať. Tento spôsob poruchy je možné eliminovať optickým kontaktovaním. Zatiaľ čo zvyčajne vidíme vysoký kontrast pre prenášaný lúč, odrazený kontrast je zvyčajne nižší.
Polarizátory s drôtenou mriežkou obsahujú rad mikroskopických drôtov na sklenenom substráte, ktorý selektívne prepúšťa P-polarizované svetlo a odráža S-polarizované svetlo. Kvôli mechanickej povahe majú polarizátory s drôtenou mriežkou pásmo vlnových dĺžok, ktoré je obmedzené iba prenosom substrátu, vďaka čomu sú ideálne pre širokopásmové aplikácie vyžadujúce vysoký kontrast polarizácie.
Prenáša sa polarizácia kolmo na kovové drôty
Kryštalický polarizátor prenáša požadovanú polarizáciu a zvyšok odchyľuje využitím dvojlomných vlastností ich kryštalických materiálov
Kryštalické polarizátory využívajú dvojlomné vlastnosti substrátu na zmenu stavu polarizácie prichádzajúceho svetla. Dvojlomné materiály majú mierne odlišné indexy lomu svetla polarizovaného v rôznych orientáciách, čo spôsobuje, že rôzne stavy polarizácie prechádzajú materiálom rôznymi rýchlosťami.
Polarizátory Wollaston sú typom kryštalických polarizátorov, ktoré pozostávajú z dvoch dvojlomných pravouhlých hranolov spojených dohromady tak, že ich optické osi sú kolmé. Navyše vysoký prah poškodenia kryštalických polarizátorov ich robí ideálnymi pre laserové aplikácie.
Polarizátor Wollaston
Rozsiahla zostava polarizátorov Paralight Optics zahŕňa polarizačné rozdeľovače lúčov v kockových lúčoch, vysokovýkonné dvojkanálové PBS, vysokovýkonné rozdeľovače lúčov s polarizačnými kockami, 56° rozdeľovače lúčov s polarizačnou doskou, 45° rozdeľovače lúčov s polarizačnou doskou, polarizátory s dichroickým plátom, polarizátory nanočastíc, lineárne polarizátory s nanočasticami alebo kryštálové lineárne polarizátory Taylor polarizátory, laserové polarizátory Glan, polarizátory Glan Thompson, polarizátory Wollaston, polarizátory Rochon), variabilné kruhové polarizátory a premiestňovače / kombinátory polarizačného lúča.
Laserové čiarové polarizátory
Pre podrobnejšie informácie o polarizačnej optike alebo pre získanie cenovej ponuky nás prosím kontaktujte.
