Pregled
Polarizacijska optika se uporablja za spreminjanje stanja polarizacije vpadnega sevanja. Naša polarizacijska optika vključuje polarizatorje, valovne plošče/zaviralce, depolarizatorje, faradayeve rotatorje in optične izolatorje v UV, vidnem ali IR spektralnem območju.
1064 nm Faradayev rotator
Izolator prostega prostora
High Power Nd-YAG polarizator
Optična zasnova se pogosto osredotoča na valovno dolžino in intenzivnost svetlobe, medtem ko zanemarja njeno polarizacijo. Polarizacija pa je pomembna lastnost svetlobe kot valovanja. Svetloba je elektromagnetno valovanje, električno polje tega valovanja pa niha pravokotno na smer širjenja. Polarizacijsko stanje opisuje usmerjenost valovnega nihanja glede na smer širjenja. Svetloba se imenuje nepolarizirana, če smer tega električnega polja naključno niha v času. Če je smer električnega polja svetlobe dobro definirana, jo imenujemo polarizirana svetloba. Najpogostejši vir polarizirane svetlobe je laser. Glede na to, kako je usmerjeno električno polje, delimo polarizirano svetlobo v tri vrste polarizacij:
★Linearna polarizacija: nihanje in širjenje sta v eni ravnini.Theelektrično polje linearno polarizirane svetlobe csestoji iz dveh pravokotnih, enakih po amplitudi, linearnih komponente, ki nimajo fazne razlike.Posledično električno polje svetlobe je omejeno na eno ravnino vzdolž smeri širjenja.
★Krožna polarizacija: orientacija svetlobe se sčasoma spreminja spiralno. Električno polje svetlobe je sestavljeno iz dveh linearnih komponent, ki sta pravokotni ena na drugo, enake amplitude, vendar imata fazno razliko π/2. Nastalo električno polje svetlobe se vrti v krogu okoli smeri širjenja.
★Eliptična polarizacija: električno polje eliptično polarizirane svetlobe opisuje elipso, v primerjavi s krogom s krožno polarizacijo. To električno polje lahko obravnavamo kot kombinacijo dveh linearnih komponent z različnimi amplitudami in/ali fazno razliko, ki ni π/2. To je najsplošnejši opis polarizirane svetlobe, krožno in linearno polarizirano svetlobo pa lahko obravnavamo kot posebna primera eliptično polarizirane svetlobe.
Dve ortogonalni linearni polarizacijski stanji se pogosto imenujeta "S" in "P",oniso definirane z njihovo relativno orientacijo glede na vpadno ravnino.P-polarizirana svetlobaki nihajo vzporedno s to ravnino, so "P", medtem ko je s-polarizirana svetloba, ki ima električno polje polarizirano pravokotno na to ravnino, "S".Polarizatorjiso ključni optični elementi za nadzor vaše polarizacije, prenašanje želenega stanja polarizacije, medtem ko odbijajo, absorbirajo ali odklanjajo ostalo. Obstaja veliko vrst polarizatorjev, od katerih ima vsak svoje prednosti in slabosti. Da bi vam pomagali izbrati najboljši polarizator za vašo aplikacijo, bomo razpravljali o specifikacijah polarizatorja in vodniku za izbiro polarizatorjev.
P in S pol. so definirane z njihovo relativno orientacijo glede na vpadno ravnino
Specifikacije polarizatorja
Polarizatorje opredeljuje nekaj ključnih parametrov, od katerih so nekateri specifični za polarizacijsko optiko. Najpomembnejši parametri so:
⊙Prepustnost: Ta vrednost se nanaša na prepustnost linearno polarizirane svetlobe v smeri polarizacijske osi ali na prepustnost nepolarizirane svetlobe skozi polarizator. Paralelni prenos je prenos nepolarizirane svetlobe skozi dva polarizatorja z vzporedno poravnanima polarizacijskima osema, medtem ko je križni prenos prenos nepolarizirane svetlobe skozi dva polarizatorja s prekrižanima polarizacijskima osema. Za idealne polarizatorje je prenos linearno polarizirane svetlobe vzporedno s polarizacijsko osjo 100 %, vzporedni prenos 50 % in križni prenos 0 %. Nepolarizirano svetlobo lahko štejemo za hitro spreminjajočo se naključno kombinacijo p- in s-polarizirane svetlobe. Idealen linearni polarizator bo prenašal le eno od dveh linearnih polarizacij, kar bo zmanjšalo začetno nepolarizirano intenziteto I0za polovico, tj.jaz=jaz0/2,torej je vzporedni prenos (za nepolarizirano svetlobo) 50 %. Za linearno polarizirano svetlobo z jakostjo I0, se lahko intenziteta, ki se prenaša skozi idealni polarizator, I, opiše z Malusovim zakonom, tj.jaz=jaz0cos2Økjer je θ kot med vpadno linearno polarizacijo in polarizacijsko osjo. Vidimo, da je za vzporedne osi dosežen 100-odstotni prenos, medtem ko je za 90° osi, znane tudi kot križni polarizatorji, 0-odstotni prenos, tako da je križan prenos 0%. Vendar pa v realnih aplikacijah prenos nikoli ne more biti točno 0 %, zato je za polarizatorje značilno razmerje ekstinkcije, kot je opisano spodaj, ki se lahko uporabi za določitev dejanskega prenosa skozi dva prekrižana polarizatorja.
⊙Ekstinkcijsko razmerje in stopnja polarizacije: Polarizacijske lastnosti linearnega polarizatorja so običajno opredeljene s stopnjo polarizacije ali polarizacijske učinkovitosti, tj. P=(T1-T2)/(T1+T2) in njegovo razmerje ekstinkcije, tj. ρp=T2/T1kjer sta glavni prepustnosti linearno polarizirane svetlobe skozi polarizator T1 in T2. T1 je največja prepustnost skozi polarizator in se pojavi, ko je prepustna os polarizatorja vzporedna s polarizacijo vpadnega linearno polariziranega žarka; T2 je najmanjši prenos skozi polarizator in se pojavi, ko je os prenosa polarizatorja pravokotna na polarizacijo vpadnega linearno polariziranega žarka.
Učinkovitost ekstinkcije linearnega polarizatorja je pogosto izražena kot 1 / ρp : 1. Ta parameter se giblje od manj kot 100:1 (kar pomeni, da imate 100-krat večji prenos za P polarizirano svetlobo kot za S polarizirano svetlobo) za ekonomične ploščate polarizatorje do 106:1 za visoko kakovostne dvolomne kristalne polarizatorje. Ekstinkcijsko razmerje se običajno spreminja glede na valovno dolžino in vpadni kot in ga je treba ovrednotiti skupaj z drugimi dejavniki, kot so stroški, velikost in polariziran prenos za določeno aplikacijo. Poleg ekstinkcijskega razmerja lahko merimo učinkovitost polarizatorja z opredelitvijo učinkovitosti. Stopnja učinkovitosti polarizacije se imenuje "kontrast", to razmerje se običajno uporablja pri obravnavi aplikacij pri šibki svetlobi, kjer so izgube intenzivnosti kritične.
⊙Sprejemni kot: sprejemni kot je največje odstopanje od načrtovanega vpadnega kota, pri katerem bo polarizator še vedno deloval v okviru specifikacij. Večina polarizatorjev je zasnovana za delovanje pri vpadnem kotu 0° ali 45° ali pod Brewsterjevim kotom. Sprejemni kot je pomemben za poravnavo, vendar je še posebej pomemben pri delu z nekolimiranimi žarki. Žična mreža in dihroični polarizatorji imajo največje sprejemne kote, do polnega sprejemnega kota skoraj 90°.
⊙Konstrukcija: Polarizatorji so na voljo v številnih oblikah in dizajnih. Tankoplastni polarizatorji so tanki filmi, podobni optičnim filtrom. Polarizacijski ploščni cepilniki žarka so tanke, ravne plošče, postavljene pod kotom na žarek. Polarizacijski kockasti delilnik žarka je sestavljen iz dveh pravokotnih prizem, ki sta nameščeni skupaj na hipotenuzi.
Dvolomni polarizatorji so sestavljeni iz dveh kristalnih prizem, nameščenih skupaj, pri čemer je kot prizem določen s specifično zasnovo polarizatorja.
⊙Čista zaslonka: Čista zaslonka je običajno najbolj restriktivna za dvolomne polarizatorje, saj razpoložljivost optično čistih kristalov omejuje velikost teh polarizatorjev. Dikroični polarizatorji imajo največje razpoložljive svetle odprtine, saj je njihova izdelava primerna za večje velikosti.
⊙Dolžina optične poti: Dolžina svetlobe mora potovati skozi polarizator. Dolžine optičnih poti, ki so pomembne za disperzijo, pragove poškodb in prostorske omejitve, so lahko znatne pri dvolomnih polarizatorjih, pri dihroičnih polarizatorjih pa so običajno kratke.
⊙Prag poškodbe: prag poškodbe laserja je določen z uporabljenim materialom in zasnovo polarizatorja, pri čemer imajo dvolomni polarizatorji običajno najvišji prag poškodbe. Cement je pogosto najbolj dovzeten element za laserske poškodbe, zato imajo optično kontaktni cepilniki žarkov ali zračno razmaknjeni dvolomni polarizatorji višje pragove poškodb.
Navodila za izbiro polarizatorja
Obstaja več vrst polarizatorjev, vključno z dihroičnim, kocko, žično mrežo in kristalnim. Noben tip polarizatorja ni idealen za vsako aplikacijo, vsak ima svoje edinstvene prednosti in slabosti.
Dihroični polarizatorji prenašajo specifično polarizacijsko stanje, medtem ko blokirajo vsa druga. Tipična konstrukcija je sestavljena iz enega prevlečenega substrata ali polimernega dihroičnega filma, stisnjenega v dve stekleni plošči. Ko naravni žarek prehaja skozi dihroični material, se ena od ortogonalnih polarizacijskih komponent žarka močno absorbira, druga pa ugasne s šibko absorpcijo. Tako lahko dihroični polarizator uporabimo za pretvorbo naključno polariziranega žarka v linearno polariziran žarek. V primerjavi s polarizacijskimi prizmami polarizator z dihroično ploščo ponuja veliko večjo velikost in sprejemljiv kot. Medtem ko boste videli visoko razmerje med ekstinkcijo in stroški, konstrukcija omejuje uporabo visokozmogljivih laserjev ali visokih temperatur. Dihroični polarizatorji so na voljo v številnih oblikah, od poceni laminiranega filma do natančnih polarizatorjev z visokim kontrastom.
Dihroični polarizatorji absorbirajo neželeno polarizacijsko stanje
Polarizacijski kockasti delilniki žarkov so izdelani tako, da se združita dve pravokotni prizmi s prevlečeno hipotenuzo. Polarizacijski premaz je običajno sestavljen iz izmeničnih plasti materialov z visokim in nizkim indeksom, ki odbijajo S polarizirano svetlobo in prepuščajo P. Rezultat sta dva pravokotna žarka v obliki, ki ju je enostavno namestiti in poravnati. Polarizacijski premazi lahko običajno prenesejo visoko gostoto moči, vendar lahko lepila, ki se uporabljajo za cementiranje kock, odpovejo. Ta način okvare je mogoče odpraviti z optičnim kontaktom. Medtem ko običajno vidimo visok kontrast za oddani žarek, je odbiti kontrast običajno nižji.
Polarizatorji z žično mrežo imajo vrsto mikroskopskih žic na stekleni podlagi, ki selektivno prepušča P-polarizirano svetlobo in odbija S-polarizirano svetlobo. Zaradi mehanske narave imajo žični mrežni polarizatorji pas valovne dolžine, ki je omejen le s prenosom substrata, zaradi česar so idealni za širokopasovne aplikacije, ki zahtevajo polarizacijo z visokim kontrastom.
Polarizacija se prenaša pravokotno na kovinske žice
Kristalni polarizator prenaša želeno polarizacijo in odkloni ostalo z uporabo dvolomnih lastnosti svojih kristalnih materialov
Kristalni polarizatorji uporabljajo dvolomne lastnosti substrata, da spremenijo stanje polarizacije vhodne svetlobe. Dvolomni materiali imajo nekoliko različne lomne količnike za svetlobo, polarizirano v različnih orientacijah, zaradi česar različna polarizacijska stanja potujejo skozi material z različnimi hitrostmi.
Wollastonovi polarizatorji so vrsta kristalnih polarizatorjev, ki so sestavljeni iz dveh dvolomnih pravokotnih prizem, ki sta cementirani skupaj, tako da sta njuni optični osi pravokotni. Poleg tega so kristalni polarizatorji zaradi visokega praga poškodb idealni za laserske aplikacije.
Polarizator Wollaston
Obsežna ponudba polarizatorjev Paralight Optics vključuje polarizacijske kockaste delilce žarkov, visoko zmogljive dvokanalne PBS, polarizacijske kocke visoke moči, 56° polarizacijske plošče cepilnike žarkov, 45° polarizacijske plošče cepilnike žarkov, dikroične ploščate polarizatorje, linearne polarizatorje nanodelcev, dvolomne ali kristalne polarizatorje (Glan Polarizatorji Taylor, laserski polarizatorji Glan, polarizatorji Glan Thompson, polarizatorji Wollaston, polarizatorji Rochon), variabilni krožni polarizatorji in polarizacijski izpodrivalci/kombinatorji žarkov.
Laserski polarizatorji
Za podrobnejše informacije o polarizacijski optiki ali ponudbo nas kontaktirajte.
