Översikt
Polarisationsoptik används för att ändra polarisationstillståndet för infallande strålning. Vår polarisationsoptik inkluderar polarisatorer, vågplattor/retarderare, depolarisatorer, faraday-rotatorer och optiska isolatorer över UV-, synligt eller IR-spektralområde.
1064 nm Faraday Rotator
Free-Space Isolator
Hög effekt Nd-YAG polarisator
Optisk design fokuserar ofta på ljusets våglängd och intensitet, samtidigt som dess polarisering försummas. Polarisering är dock en viktig egenskap hos ljus som en våg. Ljus är en elektromagnetisk våg, och det elektriska fältet för denna våg oscillerar vinkelrätt mot utbredningsriktningen. Polarisationstillstånd beskriver orienteringen av vågens oscillation i förhållande till utbredningsriktningen. Ljus kallas opolariserat om riktningen för detta elektriska fält fluktuerar slumpmässigt i tiden. Om riktningen för det elektriska fältet av ljus är väl definierad kallas det polariserat ljus. Den vanligaste källan till polariserat ljus är en laser. Beroende på hur det elektriska fältet är orienterat klassificerar vi polariserat ljus i tre typer av polarisationer:
★Linjär polarisation: oscillationen och utbredningen är i ett enda plan.Theelektriskt fält av linjärt polariserat ljus cuppstår av två vinkelräta, lika i amplitud, linjär komponenter som inte har någon fasskillnad.Det resulterande elektriska ljusfältet är begränsat till ett enda plan längs utbredningsriktningen.
★Cirkulär polarisering: ljusets orientering ändras över tiden på ett spiralformigt sätt. Ljusets elektriska fält består av två linjära komponenter som är vinkelräta mot varandra, lika i amplitud, men har en fasskillnad på π/2. Det resulterande elektriska ljusfältet roterar i en cirkel runt utbredningsriktningen.
★Elliptisk polarisation: det elektriska fältet av elliptiskt polariserat ljus beskriver en ellips, jämfört med en cirkel genom cirkulär polarisation. Detta elektriska fält kan betraktas som en kombination av två linjära komponenter med olika amplituder och/eller en fasskillnad som inte är π/2. Detta är den mest allmänna beskrivningen av polariserat ljus, och cirkulärt och linjärt polariserat ljus kan ses som speciella fall av elliptiskt polariserat ljus.
De två ortogonala linjära polarisationstillstånden kallas ofta för "S" och "P",dedefinieras av deras relativa orientering till infallsplanet.P-polariserat ljussom oscillerar parallellt med detta plan är "P", medan s-polariserat ljus som har ett elektriskt fält polariserat vinkelrätt mot detta plan är "S".Polarisatorerär viktiga optiska element för att kontrollera din polarisering, sända ett önskat polarisationstillstånd samtidigt som du reflekterar, absorberar eller avviker resten. Det finns ett brett utbud av polarisatortyper, var och en med sina egna fördelar och nackdelar. För att hjälpa dig att välja den bästa polarisatorn för din applikation kommer vi att diskutera polarisatorspecifikationer samt en guide för val av polarisator.
P och S pol. definieras av deras relativa orientering till infallsplanet
Polarisatorspecifikationer
Polarisatorer definieras av några nyckelparametrar, av vilka några är specifika för polarisationsoptik. De viktigaste parametrarna är:
⊙Transmission: Detta värde hänvisar antingen till transmissionen av linjärt polariserat ljus i polarisationsaxelns riktning, eller till transmissionen av opolariserat ljus genom polarisatorn. Parallell överföring är överföringen av opolariserat ljus genom två polarisatorer med deras polarisationsaxlar parallellt riktade, medan korsad överföring är överföringen av opolariserat ljus genom två polarisatorer med deras polarisationsaxlar korsade. För idealiska polarisatorer är överföringen av linjärt polariserat ljus parallellt med polarisationsaxeln 100 %, parallell överföring är 50 % och korsad överföring är 0 %. Opolariserat ljus kan betraktas som en snabbt varierande slumpmässig kombination av p- och s-polariserat ljus. En idealisk linjär polarisator kommer bara att sända en av de två linjära polarisationerna, vilket minskar den initiala opolariserade intensiteten I0med hälften, dvs.Jag=Jag0/2,så parallell överföring (för opolariserat ljus) är 50%. För linjärt polariserat ljus med intensitet I0, intensiteten som överförs genom en ideal polarisator, I, kan beskrivas med Malus lag, dvs.Jag=Jag0cos2Ødär θ är vinkeln mellan den infallande linjära polarisationen och polarisationsaxeln. Vi ser att för parallella axlar uppnås 100 % transmission, medan det för 90° axlar, även känd som korsade polarisatorer, finns 0 % transmission, så korsad transmission är 0 %. Men i verkliga tillämpningar skulle transmissionen aldrig kunna vara exakt 0 %, därför kännetecknas polarisatorer av ett utsläckningsförhållande som beskrivs nedan, vilket kan användas för att bestämma den faktiska transmissionen genom två korsade polarisatorer.
⊙Utsläckningsförhållande och polariseringsgrad: De polariserande egenskaperna hos en linjär polarisator definieras typiskt av graden av polarisation eller polarisationseffektivitet, dvs P=(T1-T2)/(T1+T2) och dess extinktionsförhållande, dvs ρp=T2/T1där de huvudsakliga transmittanserna för det linjärt polariserade ljuset genom en polarisator är T1 och T2. TI är den maximala överföringen genom polarisatorn och inträffar när överföringsaxeln för polarisatorn är parallell med polarisationen av den infallande linjärt polariserade strålen; T2 är den minsta överföringen genom polarisatorn och inträffar när överföringsaxeln för polarisatorn är vinkelrät mot polarisationen av den infallande linjärt polariserade strålen.
Extinktionsprestandan för en linjär polarisator uttrycks ofta som 1 / ρp : 1. Denna parameter sträcker sig från mindre än 100:1 (vilket innebär att du har 100 gånger mer transmission för P-polariserat ljus än S-polariserat ljus) för ekonomiska arkpolarisatorer till 106:1 för högkvalitativa dubbelbrytande kristallina polarisatorer. Släckningsförhållandet varierar typiskt med våglängd och infallsvinkel och måste utvärderas tillsammans med andra faktorer som kostnad, storlek och polariserad transmission för en given applikation. Förutom utsläckningsförhållande kan vi mäta prestandan hos en polarisator genom att karakterisera effektiviteten. Graden av polarisationseffektivitet kallas "kontrast", detta förhållande används ofta när man överväger applikationer med svagt ljus där intensitetsförluster är kritiska.
⊙Acceptansvinkel: Acceptansvinkeln är den största avvikelsen från designinfallsvinkeln vid vilken polarisatorn fortfarande kommer att fungera inom specifikationerna. De flesta polarisatorer är designade för att fungera vid en infallsvinkel på 0° eller 45°, eller vid Brewsters vinkel. Acceptansvinkeln är viktig för inriktning men har särskild betydelse vid arbete med icke-kollimerade strålar. Trådnät och dikroiska polarisatorer har de största acceptansvinklarna, upp till en full acceptansvinkel på nästan 90°.
⊙Konstruktion: Polarisatorer finns i många former och utföranden. Tunnfilmspolarisatorer är tunna filmer som liknar optiska filter. Polariserande plattstråldelare är tunna, plana plattor placerade i en vinkel mot strålen. Polariserande kubstråldelare består av två rätvinkliga prismor monterade tillsammans vid hypotenusan.
Dubbelbrytande polarisatorer består av två kristallina prismor monterade tillsammans, där vinkeln på prismorna bestäms av den specifika polarisatorns design.
⊙Klar bländare: Den klara bländaren är vanligtvis mest restriktiv för dubbelbrytande polarisatorer eftersom tillgången på optiskt rena kristaller begränsar storleken på dessa polarisatorer. Dichroic polarisatorer har de största tillgängliga klara öppningarna eftersom deras tillverkning lämpar sig för större storlekar.
⊙Optisk väglängd: Ljuset måste färdas genom polarisatorn. Viktigt för spridning, skadetrösklar och utrymmesbegränsningar, optiska väglängder kan vara betydande i dubbelbrytande polarisatorer men är vanligtvis korta i dikroiska polarisatorer.
⊙Skadetröskel: Laserskadtröskeln bestäms av materialet som används såväl som polarisatorns design, med dubbelbrytande polarisatorer som vanligtvis har den högsta skadetröskeln. Cement är ofta det mest mottagliga elementet för laserskador, vilket är anledningen till att optiskt kontaktade stråldelare eller luftavstånd dubbelbrytande polarisatorer har högre skadetrösklar.
Guide för val av polarisator
Det finns flera typer av polarisatorer inklusive dikroiska, kubiska, trådnät och kristallina. Ingen polarisatortyp är idealisk för varje applikation, var och en har sina egna unika styrkor och svagheter.
Dichroic polarisatorer sänder ett specifikt polariseringstillstånd samtidigt som de blockerar alla andra. Typisk konstruktion består av ett enkelt belagt substrat eller polymer dikroisk film, inklämda två glasplattor. När en naturlig stråle sänder genom det dikroiska materialet absorberas en av strålens ortogonala polarisationskomponent kraftigt och den andra går ut med en svag absorption. Så, dikroisk arkpolarisator kan användas för att omvandla slumpmässigt polariserad stråle till linjärpolariserad stråle. Jämfört med polariserande prismor, erbjuder dikroisk arkpolarisator en mycket större storlek och acceptabel vinkel. Även om du kommer att se höga utsläcknings- och kostnadsförhållanden, begränsar konstruktionen användningen av högeffektlasrar eller höga temperaturer. Dichroic polarisatorer finns tillgängliga i ett brett utbud av former, allt från låg kostnad laminerad film till precision högkontrast polarisatorer.
Dikroiska polarisatorer absorberar det oönskade polarisationstillståndet
Polarizing Cube Beamsplitters görs genom att sammanfoga två rätvinkliga prismor med en belagd hypotenusa. Den polariserande beläggningen är typiskt konstruerad av alternerande skikt av material med högt och lågt index som reflekterar S-polariserat ljus och transmitterar P. Resultatet är två ortogonala strålar i en form som är lätt att montera och rikta in. De polariserande beläggningarna tål vanligtvis hög effekttäthet, men de lim som används för att cementera kuberna kan misslyckas. Detta felläge kan elimineras genom optisk kontakt. Även om vi vanligtvis ser hög kontrast för transmitterad stråle, är den reflekterade kontrasten vanligtvis lägre.
Trådnätspolarisatorer har en rad mikroskopiska trådar på ett glassubstrat som selektivt överför P-polariserat ljus och reflekterar S-polariserat ljus. På grund av den mekaniska naturen har trådnätspolarisatorer ett våglängdsband som endast begränsas av överföringen av substratet, vilket gör dem idealiska för bredbandstillämpningar som kräver polarisering med hög kontrast.
Polarisation vinkelrätt mot metalltrådarna överförs
Kristallin polarisator överför en önskad polarisation och avviker resten genom att använda dubbelbrytande egenskaper hos deras kristallina material
Kristallina polarisatorer använder de dubbelbrytande egenskaperna hos substratet för att ändra polarisationstillståndet för det inkommande ljuset. Dubbelbrytande material har något olika brytningsindex för ljus polariserat i olika orienteringar, vilket gör att de olika polarisationstillstånden färdas genom materialet med olika hastigheter.
Wollaston polarisatorer är en typ av kristallina polarisatorer som består av två dubbelbrytande rätvinkliga prismor cementerade tillsammans, så att deras optiska axlar är vinkelräta. Dessutom gör hög skadetröskel för kristallina polarisatorer dem idealiska för laserapplikationer.
Wollaston polarisator
Paralight Optics omfattande sortiment av polarisatorer inkluderar polariserande kubstråldelare, högpresterande tvåkanals PBS, högeffektpolariserande kubstråldelare, 56° polariserande plattstråldelare, 45° polariserande plattstråldelare, dikroiska arkpolarisatorer, nanopartiklar linjära polarisatorer eller kristallina birefringens (G). Taylor polarisatorer, Glan laserpolarisatorer, Glan Thompson polarisatorer, Wollaston polarisatorer, Rochon polarisatorer), variabla cirkulära polarisatorer och polariserande strålförskjutare / kombinatorer.
Laser linje polarisatorer
För mer detaljerad information om polarisationsoptik eller få en offert, vänligen kontakta oss.
