偏光镜

概述

偏振光学器件用于改变入射辐射的偏振状态。我们的偏振光学器件包括紫外、可见或红外光谱范围内的偏振器、波片/延迟器、消偏器、法拉第旋转器和光学隔离器。

偏光片-(1)

1064 nm 法拉第旋转器

偏光片-(2)

自由空间隔离器

高功率 Nd-YAG-偏光板-1

高功率 Nd-YAG 偏振片

光学设计经常关注光的波长和强度,而忽略其偏振。然而,偏振是光作为波的一个重要属性。光是一种电磁波,该波的电场垂直于传播方向振荡。偏振态描述了波振荡相对于传播方向的方向。如果电场方向随时间随机波动,则光称为非偏振光。如果光的电场方向明确,则称为偏振光。最常见的偏振光源是激光。根据电场的方向,我们将偏振光分为三种类型:

★线偏振:振荡和传播在一个平面内。The线偏振光的电场 c由两个垂直的、幅度相等的、线性的 没有相位差的元件。所产生的光电场被限制在沿传播方向的单个平面内。

★圆偏振:光的方向随时间以螺旋方式变化。光的电场由两个彼此垂直、幅度相等但相位差为 π/2 的线性分量组成。由此产生的光电场围绕传播方向旋转。

★椭圆偏振:椭圆偏振光的电场描述为椭圆形,而圆偏振光的电场描述为圆形。该电场可以被视为具有不同幅度和/或相位差不是π/2的两个线性分量的组合。这是对偏振光最一般的描述,圆偏振光和线偏振光可以被视为椭圆偏振光的特殊情况。

两个正交的线性偏振态通常称为“S”和“P”,他们由它们相对于入射平面的方向来定义。P偏振光平行于该平面振荡的光为“P”,而具有垂直于该平面偏振的电场的 s 偏振光为“S”。偏光镜是控制偏振、传输所需偏振态同时反射、吸收或偏离其余偏振态的关键光学元件。偏光片类型多种多样,每种都有其自身的优点和缺点。为了帮助您选择最适合您的应用的偏光片,我们将讨论偏光片规格以及偏光片选择指南。

P 和 S pol 由它们与入射平面的相对方向定义

P 和 S 极性。由它们与入射平面的相对方向定义

偏光片规格

偏振器由几个关键参数定义,其中一些参数特定于偏振光学器件。最重要的参数是:

透射率:该值要么是指线偏振光在偏振轴方向上的透射率,要么是指非偏振光通过偏振器的透射率。平行透射是非偏振光通过两个偏振轴平行的偏振片的透射,而交叉透射是非偏振光通过两个偏振轴交叉的偏振片的透射。对于理想的偏振片,平行于偏振轴的线偏振光的透射率为 100%,平行透射率为 50%,正交透射率为 0%。非偏振光可以被认为是 p 偏振光和 s 偏振光的快速变化的随机组合。理想的线性偏振器将仅透射两种线性偏振之一,从而降低初始非偏振强度 I0一半,即我=我0/2,因此平行透射率(对于非偏振光)为 50%。对于强度为 I 的线偏振光0,通过理想偏振器的透射强度 I 可以用马吕斯定律描述,即我=我0因斯2Ø其中 θ 是入射线偏振与偏振轴之间的角度。我们看到,对于平行轴,实现了 100% 的透射率,而对于 90° 轴(也称为交叉偏振片),透射率为 0%,因此交叉透射率为 0%。然而,在实际应用中,透射率永远不可能精确为 0%,因此,偏振器的特征在于如下所述的消光比,该消光比可用于确定通过两个交叉偏振器的实际透射率。

消光比和偏振度: 线偏振片的偏振特性通常由偏振度或偏振效率来定义,即P=(T1-T2)/(T1+T2)及其消光比,即ρp=T2/T1其中通过偏振器的线偏振光的主透射率为T1和T2。 T1 是通过偏振器的最大透射率,当偏振器的透射轴平行于入射线偏振光束的偏振时发生; T2 是通过偏振器的最小透射率,当偏振器的透射轴垂直于入射线偏振光束的偏振时发生。

线性偏振片的消光性能通常表示为 1 / ρp : 1。对于经济型片状偏振片,该参数范围从小于 100:1(这意味着 P 偏振光的透射率是 S 偏振光的 100 倍)到 106:1 用于高品质双折射晶体偏光片。消光比通常随波长和入射角而变化,并且必须与给定应用的成本、尺寸和偏振透射率等其他因素一起进行评估。除了消光比之外,我们还可以通过表征效率来衡量偏振器的性能。偏振效率的程度称为“对比度”,在考虑强度损失至关重要的低光应用时通常使用该比率。

接受角:接受角是偏光器仍能在规格范围内发挥作用的设计入射角的最大偏差。大多数偏振器设计为在 0° 或 45° 的入射角或布儒斯特角下工作。接受角对于对准很重要,但在使用非准直光束时尤其重要。线栅和二向色偏振片具有最大的接收角,高达近 90° 的完整接收角。

结构:偏光镜有多种形式和设计。薄膜偏光片是类似于滤光片的薄膜。偏振板分束器是与光束成一定角度放置的薄平板。偏振立方分束器由两个安装在斜边处的直角棱镜组成。

双折射偏振片由两个安装在一起的晶体棱镜组成,其中棱镜的角度由特定的偏振片设计决定。

通光孔径:通光孔径通常对双折射偏振器具有最大的限制,因为光学纯晶体的可用性限制了这些偏振器的尺寸。二向色偏振片具有最大的可用通光孔径,因为它们的制造适合更大的尺寸。

光路长度:光必须穿过偏振器的长度。对于色散、损伤阈值和空间限制很重要,光路长度在双折射偏振器中可能很重要,但在二向色偏振器中通常很短。

损伤阈值:激光损伤阈值由所使用的材料以及偏振器设计决定,双折射偏振器通常具有最高的损伤阈值。水泥通常是最容易受到激光损伤的元素,这就是为什么光学接触分束器或空气间隔双折射偏振器具有更高的损伤阈值。

偏光片选择指南

偏振片有多种类型,包括二向色偏振片、立方偏振片、线栅偏振片和晶体偏振片。没有一种偏振片类型适合所有应用,每种偏振片都有其独特的优点和缺点。

二向色偏振器传输特定的偏振状态,同时阻挡所有其他偏振状态。典型的结构由单个涂层基板或聚合物二向色膜组成,夹在两块玻璃板之间。当自然光束透过二向色材料时,光束的正交偏振分量之一被强烈吸收,而另一个则以弱吸收的方式消失。因此,二向色片偏振片可用于将随机偏振光束转换为线偏振光束。与偏振棱镜相比,二向色片偏振片具有更大的尺寸和可接受的角度。虽然您会看到高消光成本比,但其结构限制了高功率激光或高温的使用。二向色偏振片有多种形式,从低成本层压膜到精密高对比度偏振片。

偏光镜

二向色偏振器吸收不需要的偏振态

偏光片-1

偏振立方分光镜由两个带有涂层斜边的直角棱镜连接而成。偏振涂层通常由高折射率和低折射率材料的交替层构成,这些材料反射 S 偏振光并透射 P 偏振光。结果是两束正交光束的形式易于安装和对准。偏振涂层通常可以承受高功率密度,但是用于粘合立方体的粘合剂可能会失效。这种故障模式可以通过光学接触来消除。虽然我们通常会看到透射光束的高对比度,但反射的对比度通常较低。

线栅偏振器在玻璃基板上具有一系列微观线,可选择性地透射 P 偏振光并反射 S 偏振光。由于机械特性,线栅偏振器的波长带仅受基板透射率的限制,这使其成为需要高对比度偏振的宽带应用的理想选择。

偏光镜2

垂直于金属线的偏振被传输

偏光片-21

晶体偏振片利用晶体材料的双折射特性传输所需的偏振并偏离其余偏振

晶体偏振器利用基底的双折射特性来改变入射光的偏振状态。双折射材料对于不同方向偏振的光具有稍微不同的折射率,导致不同的偏振态以不同的速度穿过材料。

沃拉斯顿偏振片是一种晶体偏振片,由两个双折射直角棱镜粘合在一起组成,因此它们的光轴是垂直的。此外,晶体偏振器的高损伤阈值使其成为激光应用的理想选择。

偏光片-(8)

沃拉斯顿偏光镜

Paralight Optics 广泛的偏振器系列包括偏振立方体分束器、高性能双通道 PBS、高功率偏振立方体分束器、56° 偏振板分束器、45° 偏振板分束器、二向色片偏振器、纳米粒子线性偏振器、双折射或晶体偏振器(格兰泰勒偏振器、格兰激光偏振器、格兰汤普森偏振器、沃拉斯顿偏振器、罗雄偏振器)、可变圆偏振器和偏振光束位移器/组合器。

偏光片-(1)

激光线偏振器

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