لوحات الموجة والمثبطات

ملخص

تستخدم بصريات الاستقطاب لتغيير حالة استقطاب الإشعاع الساقط.تشتمل بصريات الاستقطاب لدينا على المستقطبات، والألواح الموجية/المثبطات، ومزيلات الاستقطاب، ودوارات فاراداي، والعوازل البصرية فوق النطاقات الطيفية للأشعة فوق البنفسجية أو المرئية أو الأشعة تحت الحمراء.

تقوم الصفائح الموجية، المعروفة أيضًا باسم المثبطات، بنقل الضوء وتعديل حالة استقطابه دون تخفيف الشعاع أو انحرافه أو إزاحته.يفعلون ذلك عن طريق تأخير (أو تأخير) أحد مكونات الاستقطاب فيما يتعلق بمكونه المتعامد.لوحة الموجة هي عنصر بصري له محورين رئيسيين، بطيء وسريع، يعملان على تحليل الحزمة المستقطبة الساقطة إلى حزمتين مستقطبتين متعامدتين بشكل متبادل.يتحد الشعاع الناشئ ليشكل شعاعًا مستقطبًا واحدًا محددًا.تنتج الصفائح الموجية موجات كاملة ونصف وربع من التخلف.تُعرف أيضًا باسم المثبط أو لوحة التخلف.في الضوء غير المستقطب، تعادل الألواح الموجية النوافذ، فكلاهما عبارة عن مكونات بصرية مسطحة يمر من خلالها الضوء.

لوحة ربع الموجة: عندما يتم إدخال الضوء المستقطب خطيًا بزاوية 45 درجة إلى محور لوحة ربع الموجة، يكون الخرج مستقطبًا دائريًا، والعكس صحيح.

لوحة نصف موجة: تقوم لوحة نصف موجة بتدوير الضوء المستقطب خطيًا إلى أي اتجاه مرغوب.زاوية الدوران هي ضعف الزاوية بين الضوء المستقطب الساقط والمحور البصري.

ليزر-صفر-أمر--الهواء-متباعد-ربع-موجة-1

لوحة ليزر زيرو أوردر ربع موجة متباعدة بالهواء

ليزر-صفر-أمر-هواء-متباعد-نصف-موجة-1

لوحة نصف موجة متباعدة بالهواء بالليزر بدون طلب

تعتبر الألواح الموجية مثالية للتحكم في حالة استقطاب الضوء وتحليلها.يتم تقديمها في ثلاثة أنواع رئيسية - ترتيب صفري، وترتيب متعدد، ولالوني - يحتوي كل منها على فوائد فريدة اعتمادًا على التطبيق المطروح.يساعد الفهم القوي للمصطلحات والمواصفات الرئيسية في اختيار لوحة الموجة المناسبة، بغض النظر عن مدى بساطة أو تعقيد النظام البصري.

المصطلحات والمواصفات

الانكسار المزدوج: تصنع الصفائح الموجية من مواد ثنائية الانكسار، وأكثرها شيوعًا الكوارتز البلوري.تحتوي المواد ثنائية الانكسار على مؤشرات انكسار مختلفة قليلًا للضوء المستقطب في اتجاهات مختلفة.على هذا النحو، يقومون بفصل الضوء غير المستقطب الساقط إلى مكوناته المتوازية والمتعامدة الموضحة في الشكل التالي.

كريستال الكالسيت ثنائي الانكسار يفصل الضوء غير المستقطب

كريستال الكالسيت ثنائي الانكسار يفصل الضوء غير المستقطب

المحور السريع والمحور البطيء: يواجه الضوء المستقطب على طول المحور السريع معامل انكسار أقل وينتقل عبر الصفائح الموجية بشكل أسرع من الضوء المستقطب على طول المحور البطيء.تتم الإشارة إلى المحور السريع بنقطة مسطحة صغيرة أو نقطة على قطر المحور السريع للوحة موجة غير مثبتة، أو علامة على حامل الخلية للوحة موجة مثبتة.

التخلف: يصف التخلف تحول الطور بين مكون الاستقطاب المسقط على طول المحور السريع والمكون المسقط على طول المحور البطيء.يتم تحديد التخلف بوحدات الدرجات أو الموجات أو النانومتر.موجة كاملة من التخلف تعادل 360 درجة، أو عدد النانومترات عند الطول الموجي المعني.عادة ما يتم تحديد التسامح مع التخلف بالدرجات أو الكسور الطبيعية أو العشرية للموجة الكاملة أو النانومتر.من أمثلة مواصفات التخلف النموذجية والتفاوتات: π/4 ± ạ/300، ạ/2 ± 0.003ạ، ạ/2 ± 1°، 430nm ± 2nm.

قيم التخلف الأكثر شيوعًا هي 4/4، 2/2، و11، لكن القيم الأخرى يمكن أن تكون مفيدة في بعض التطبيقات.على سبيل المثال، يؤدي الانعكاس الداخلي من المنشور إلى تحول في الطور بين المكونات التي قد تكون مزعجة؛يمكن للوحة الموجة التعويضية استعادة الاستقطاب المطلوب.

الترتيب المتعدد: في اللوحات الموجية ذات الترتيب المتعدد، يكون التخلف الكلي هو التخلف المطلوب بالإضافة إلى عدد صحيح.لا يؤثر الجزء الصحيح الزائد على الأداء، بنفس الطريقة التي تبدو بها الساعة التي تظهر ظهرًا اليوم هي نفسها التي تظهر ظهرًا بعد أسبوع - على الرغم من إضافة الوقت، إلا أنها لا تزال تظهر كما هي.على الرغم من أن الألواح الموجية المتعددة الطلبات مصممة بمادة واحدة ثنائية الانكسار، إلا أنها يمكن أن تكون سميكة نسبيًا، مما يسهل التعامل معها وتكامل النظام.ومع ذلك، فإن السماكة العالية تجعل الألواح الموجية ذات الترتيب المتعدد أكثر عرضة لتحولات التخلف الناجمة عن تحول الطول الموجي أو تغيرات درجة الحرارة المحيطة.

ترتيب صفري: تم تصميم لوحة الموجة ذات الترتيب صفر لإعطاء إعاقة قدرها صفر موجات كاملة دون زيادة، بالإضافة إلى الجزء المطلوب.على سبيل المثال، تتكون لوحات موجة الكوارتز ذات الترتيب الصفري من لوحتين موجيتين من الكوارتز ذات ترتيب متعدد مع تقاطع محاورهما بحيث يكون التخلف الفعال هو الفرق بينهما.تتكون اللوحة الموجية القياسية ذات الترتيب الصفري، والمعروفة أيضًا باسم اللوحة الموجية المركبة ذات الترتيب الصفري، من ألواح موجية متعددة من نفس المادة ثنائية الانكسار التي تم وضعها بحيث تكون متعامدة مع المحور البصري.يؤدي وضع طبقات متعددة من لوحات الموجات إلى موازنة تحولات التخلف التي تحدث في لوحات الموجات الفردية، مما يحسن استقرار التخلف لتحولات الطول الموجي وتغيرات درجات الحرارة المحيطة.لا تعمل لوحات الموجة ذات الترتيب الصفري القياسية على تحسين تحول التخلف الناتج عن زاوية سقوط مختلفة.تتكون لوحة الموجة ذات الترتيب الصفري الحقيقي من مادة واحدة ثنائية الانكسار تمت معالجتها في لوحة رقيقة جدًا قد يبلغ سمكها بضعة ميكرونات فقط من أجل تحقيق مستوى معين من التخلف عند الترتيب الصفري.في حين أن رقة اللوحة قد تجعل التعامل مع اللوحة الموجية أو تركيبها أكثر صعوبة، فإن اللوحات الموجية ذات الترتيب الصفري الحقيقي توفر ثباتًا فائقًا في التخلف عن تحول الطول الموجي، وتغير درجة الحرارة المحيطة، وزاوية سقوط مختلفة عن اللوحات الموجية الأخرى.تُظهر لوحات Zero Order Wave أداءً أفضل من لوحات موجة الطلب المتعددة.إنها تُظهر نطاقًا تردديًا أوسع وحساسية أقل لتغيرات درجة الحرارة والطول الموجي ويجب أخذها في الاعتبار للتطبيقات الأكثر أهمية.

اللوني: تتكون الألواح الموجية اللونية من مادتين مختلفتين تعملان عمليًا على القضاء على التشتت اللوني.العدسات اللونية القياسية مصنوعة من نوعين من الزجاج، والتي تتم مطابقتها لتحقيق الطول البؤري المطلوب مع تقليل الانحراف اللوني أو إزالته.تعمل اللوحات الموجية اللونية على نفس المبدأ الأساسي.على سبيل المثال، تُصنع الألواح الموجية اللالونية من الكوارتز البلوري وفلوريد المغنيسيوم لتحقيق تخلف ثابت تقريبًا عبر نطاق طيفي واسع.

Super Achromatic: الألواح الموجية اللونية الفائقة هي نوع خاص من الألواح الموجية اللالونية التي تستخدم للتخلص من التشتت اللوني لنطاق موجة أوسع بكثير.يمكن استخدام العديد من الألواح الموجية اللونية الفائقة لكل من الطيف المرئي وكذلك منطقة NIR مع نفس التوحيد، إن لم يكن أفضل، من اللوحات الموجية اللالونية النموذجية.في حين أن الألواح الموجية اللالونية النموذجية مصنوعة من الكوارتز وفلوريد المغنيسيوم بسماكات محددة، فإن الألواح الموجية الفائقة اللونية تستخدم ركيزة إضافية من الياقوت إلى جانب فلوريد الكوارتز والمغنيسيوم.يتم تحديد سمك الركائز الثلاث بشكل استراتيجي للقضاء على التشتت اللوني لمجموعة أطول من الأطوال الموجية.

دليل اختيار المستقطب

لوحات موجة الطلب المتعددة
تم تصميم لوحة الموجة المنخفضة (المتعددة) لإعطاء تثبيط لعدة موجات كاملة، بالإضافة إلى الجزء المطلوب.وينتج عن ذلك مكون واحد قوي جسديًا يتمتع بالأداء المطلوب.يتكون من صفيحة واحدة من الكوارتز البلوري (سمكها 0.5 ملم).حتى التغييرات الصغيرة في الطول الموجي أو درجة الحرارة ستؤدي إلى تغييرات كبيرة في التخلف الجزئي المطلوب.تعد اللوحات الموجية متعددة الطلبات أقل تكلفة وتجد استخدامها في العديد من التطبيقات حيث لا تكون الحساسيات المتزايدة مهمة.إنها خيار جيد للاستخدام مع الضوء أحادي اللون في بيئة يتم التحكم في مناخها، وعادةً ما تكون مقترنة بالليزر في المختبر.في المقابل، تستغل تطبيقات مثل علم المعادن التحول اللوني (التخلف مقابل تغير الطول الموجي) المتأصل في لوحات الموجات المتعددة الترتيب.

متعدد الطلب-نصف-موجة-1

لوحة نصف موجة متعددة الطلب

متعدد الطلب-ربع-Waveplate-1

لوحة ربع موجة متعددة الطلب

بديل لألواح موجة الكوارتز البلورية التقليدية هو فيلم Polymer Retarder.هذا الفيلم متوفر بعدة أحجام ومثبطات وبجزء بسيط من سعر الألواح الموجية البلورية.تتفوق مثبطات الأفلام على تطبيقات الكوارتز البلوري من حيث المرونة.يسمح تصميمها البوليمري الرقيق بسهولة قطع الفيلم بالشكل والحجم اللازمين.تعتبر هذه الأفلام مثالية للاستخدام في التطبيقات التي تستخدم شاشات LCD والألياف الضوئية.يتوفر أيضًا فيلم Polymer Retarder في الإصدارات اللونية.ومع ذلك، فإن هذا الغشاء له عتبة ضرر منخفضة ويجب عدم استخدامه مع مصادر الضوء عالية الطاقة مثل الليزر.بالإضافة إلى ذلك، يقتصر استخدامه على الطيف المرئي، لذا فإن تطبيقات الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء القريبة أو الأشعة تحت الحمراء سوف تتطلب بديلاً.

تعني الصفائح الموجية المتعددة الترتيب أن إعاقة مسار الضوء سوف تخضع لعدد معين من التحولات الكاملة في الطول الموجي بالإضافة إلى إعاقة التصميم الجزئية.سمك اللوحة الموجية متعددة الطلبات يكون دائمًا حوالي 0.5 مم.بالمقارنة مع الألواح الموجية ذات الترتيب الصفري، تكون الألواح الموجية متعددة الطلبات أكثر حساسية لتغيرات الطول الموجي ودرجة الحرارة.ومع ذلك، فهي أقل تكلفة وتستخدم على نطاق واسع في العديد من التطبيقات حيث الحساسيات المتزايدة ليست حرجة.

لوحات موجة الطلب صفر
نظرًا لأن التخلف الكلي يمثل نسبة صغيرة من نوع الترتيب المتعدد، فإن التخلف بالنسبة للألواح الموجية ذات الرتبة صفر يكون أكثر ثباتًا بكثير فيما يتعلق بتغيرات درجة الحرارة والطول الموجي.في المواقف التي تتطلب قدرًا أكبر من الاستقرار أو تتطلب رحلات أكبر في درجات الحرارة، تكون الألواح الموجية ذات الترتيب الصفري هي الخيار المثالي.تشمل الأمثلة التطبيقية مراقبة الطول الموجي الطيفي الموسع، أو أخذ القياسات باستخدام أداة تستخدم في هذا المجال.

صفيحة صفرية-نصف-موجة-1

لوحة نصف موجة بدون طلب

صفر ترتيب-ربع-موجة-1

لوحة صفرية من أجل ربع الموجة

- تم إنشاء اللوحة الموجية ذات الترتيب الصفري الأسمنتي بواسطة لوحين من الكوارتز مع تقاطع محورهما السريع، وتم تدعيم اللوحتين بواسطة إيبوكسي الأشعة فوق البنفسجية.الفرق في السمك بين الصفيحتين يحدد التخلف.توفر الألواح الموجية ذات الترتيب الصفري اعتمادًا أقل بكثير على درجة الحرارة وتغير الطول الموجي مقارنة بالألواح الموجية متعددة الترتيب.

- تم إنشاء لوحة موجية ذات ترتيب صفري تم الاتصال بها بصريًا بواسطة لوحتين من الكوارتز مع تقاطع محورهما السريع، وتم إنشاء اللوحتين بطريقة الاتصال البصري، والمسار البصري خالٍ من الإيبوكسي.

- يتم إنشاء لوحة موجة ذات ترتيب صفري متباعدة الهواء بواسطة لوحتين من الكوارتز مثبتتين في حامل تشكل فجوة هوائية بين لوحتي الكوارتز.

- تتكون لوحة الكوارتز الحقيقية ذات الترتيب الصفري من لوحة كوارتز واحدة رفيعة جدًا.يمكن تقديمها إما بمفردها كصفيحة واحدة لتطبيقات عتبة الضرر العالية (أكبر من 1 جيجاوات/سم2)، أو كصفيحة كوارتز رفيعة مثبتة على ركيزة BK7 لتوفير القوة من أجل حل مشكلة التعرض للتلف بسهولة.

- يمكن للوحة الموجة ذات الطول الموجي المزدوج ذات الطلب الصفري أن توفر إعاقة محددة عند طولين موجيين (الطول الموجي الأساسي والطول الموجي التوافقي الثاني) في نفس الوقت.تعد الألواح الموجية ذات الطول الموجي المزدوج مفيدة بشكل خاص عند استخدامها مع مكونات أخرى حساسة للاستقطاب لفصل أشعة الليزر المحورية ذات الأطوال الموجية المختلفة.تُستخدم اللوحة الموجية ذات الطول الموجي المزدوج ذات الترتيب الصفري على نطاق واسع في ليزر الفيمتو ثانية.

- لوحة موجة الاتصالات هي لوحة كوارتز واحدة فقط، مقارنة بلوحة موجة النظام الصفرية المثبتة.وهي تستخدم أساسا في اتصالات الألياف.لوحات موجية للاتصالات عبارة عن لوحات موجية رفيعة ومدمجة مصممة خصيصًا لتلبية المتطلبات الصعبة لمكونات اتصالات الألياف.يمكن استخدام لوحة نصف الموجة لتدوير حالة الاستقطاب بينما يمكن استخدام لوحة ربع الموجة لتحويل الضوء المستقطب خطيًا إلى حالة استقطاب دائرية والعكس صحيح.تبلغ سماكة نصف اللوح الموجي حوالي 91 ميكرومتر، بينما لا تكون اللوح الموجي الربع دائمًا 1/4 موجة ولكن 3/4 موجة، ويبلغ سمكها حوالي 137 ميكرومتر.تضمن هذه اللوحة الموجية الرفيعة للغاية أفضل عرض نطاق لدرجة الحرارة وعرض النطاق الترددي للزاوية وعرض النطاق الترددي للطول الموجي.كما أن الحجم الصغير لهذه الألواح الموجية يجعلها مثالية لتقليل الحجم الإجمالي للحزمة لتصميمك.يمكننا توفير أحجام مخصصة حسب طلبك.

- تم إنشاء لوحة موجة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة ذات الترتيب الصفري بواسطة لوحين من فلوريد المغنيسيوم (MgF2) مع تقاطع محورهما السريع، وتم إنشاء اللوحين بطريقة التلامس البصري، والمسار البصري خالي من الإيبوكسي.الفرق في السمك بين الصفيحتين يحدد التخلف.تُستخدم الألواح الموجية ذات الترتيب الصفري للأشعة تحت الحمراء المتوسطة على نطاق واسع في تطبيقات الأشعة تحت الحمراء، بشكل مثالي لنطاق 2.5-6.0 ميكرون.

لوحات الموجة اللونية
تشبه الصفائح الموجية اللونية الصفائح الموجية ذات الترتيب الصفري فيما عدا أن اللوحتين مصنوعتان من بلورات ثنائية الانكسار مختلفة.نظرًا لتعويض مادتين، تكون الألواح الموجية اللونية أكثر ثباتًا حتى من الألواح الموجية ذات الترتيب الصفري.تشبه لوحة الموجة اللالونية لوحة الموجة ذات الترتيب الصفري فيما عدا أن اللوحين مصنوعان من بلورات ثنائية الانكسار مختلفة.نظرًا لاختلاف تشتت الانكسار المزدوج لمادتين، فمن الممكن تحديد قيم التخلف عند نطاق واسع من الطول الموجي.وبالتالي فإن التخلف سيكون أقل حساسية لتغير الطول الموجي.إذا كان الوضع يغطي عدة أطوال موجية طيفية أو نطاقًا كاملاً (من البنفسجي إلى الأحمر، على سبيل المثال)، فإن اللوحات الموجية اللونية هي الاختيارات المثالية.

نير

NIR لوحة الموجة اللونية

سوير

SWIR لوحة الموجة اللونية

فيس

VIS لوحة الموجة اللونية

لوحات موجة لونية فائقة
تشبه لوحات الموجات اللونية الفائقة لوحات الموجات اللونية، ولكنها توفر مثبطًا مسطحًا على نطاق الطول الموجي الفائق النطاق العريض.تتكون لوحة الموجة اللالونية العادية من لوحة كوارتز واحدة ولوحة واحدة من MgF2، والتي تحتوي على بضع مئات فقط من نطاق الطول الموجي نانومتر.إن ألواح الموجات اللالونية الفائقة الخاصة بنا مصنوعة من ثلاث مواد، الكوارتز، وMgF2، والياقوت، والتي يمكن أن توفر مثبطًا مسطحًا على نطاق أوسع من الطول الموجي.

مثبطات فريسنل معين
تستخدم مثبطات معين فريسنل الانعكاس الداخلي بزوايا محددة داخل بنية المنشور لإضفاء إعاقة على الضوء المستقطب الساقط.مثل لوحات الموجات اللونية، يمكنها توفير إعاقة موحدة على نطاق واسع من الأطوال الموجية.نظرًا لأن تخلف مثبطات معين فريسنل يعتمد فقط على معامل الانكسار وهندسة المادة، فإن نطاق الطول الموجي أوسع من اللوح الموجي اللالوني المصنوع من الكريستال ثنائي الانكسار.تنتج مثبطات معين فريسنل المفردة تأخرًا في الطور قدره 4/4، ويكون ضوء الخرج موازيًا لضوء الإدخال، ولكنه مُزاح جانبيًا؛تنتج مثبطات معين فريسنل المزدوجة تأخرًا طوريًا قدره π/2، وتتكون من مثبطات معينة من فريسنل.نحن نقدم مثبطات معينية فريسنل BK7 القياسية، وتتوفر مواد أخرى مثل ZnSe وCaF2 عند الطلب.تم تحسين هذه المثبطات للاستخدام مع تطبيقات الصمام الثنائي والألياف.نظرًا لأن مثبطات معين فريسنل تعمل على أساس الانعكاس الداخلي الكلي، فيمكن استخدامها للاستخدام واسع النطاق أو الاستخدام اللوني.

فريسنل-رومب-ريتاردرز

مثبطات فريسنل معين

دوارات استقطاب الكوارتز البلورية
دوارات استقطاب الكوارتز البلورية عبارة عن بلورات مفردة من الكوارتز تعمل على تدوير استقطاب الضوء الساقط بشكل مستقل عن المحاذاة بين الدوار واستقطاب الضوء.نظرًا لنشاط دوران بلورة الكوارتز الطبيعية، يمكن استخدامها أيضًا كدوارات استقطاب بحيث يتم تدوير مستوى إدخال الشعاع المستقطب خطيًا بزاوية خاصة يتم تحديدها بواسطة سمك بلورة الكوارتز.يمكن أن نقدم الآن دوارات لليد اليسرى واليمنى.نظرًا لأنها تقوم بتدوير مستوى الاستقطاب بزاوية محددة، تعد دوارات استقطاب الكوارتز البلوري بديلاً رائعًا للألواح الموجية ويمكن استخدامها لتدوير استقطاب الضوء بالكامل على طول المحور البصري، وليس مجرد مكون فردي للضوء.يجب أن يكون اتجاه انتشار الضوء الساقط عموديًا على الدوار.

تقدم شركة Paralight Optics لوحات موجية لونية، وألواح موجية فائقة اللونية، وألواح موجية معززة بدون طلب، وألواح موجية ذات طلب صفر يتم الاتصال بها بصريًا، وألواح موجية ذات ترتيب صفر متباعدة بالهواء، وألواح موجية ذات طلب صفر حقيقي، وألواح موجية عالية الطاقة ذات لوحة واحدة، وألواح موجية متعددة الطلبات ، لوحات موجية مزدوجة الطول الموجي، لوحات موجية ذات طول موجي مزدوج بدون طلب، لوحات موجية للاتصالات، لوحات موجية متوسطة الطول للأشعة تحت الحمراء، مثبطات فريسنل معين، حاملات حلقات لألواح الموجات، ودوارات استقطاب الكوارتز.

لوحات الموجة

لوحات الموجة

لمزيد من المعلومات التفصيلية حول بصريات الاستقطاب أو للحصول على عرض أسعار، يرجى الاتصال بنا.