Áttekintés
A polarizációs optikát a beeső sugárzás polarizációs állapotának megváltoztatására használják.Polarizációs optikáink közé tartoznak a polarizátorok, hullámlemezek/retarderek, depolarizátorok, faraday rotátorok és optikai leválasztók az UV, látható vagy IR spektrális tartományban.
1064 nm-es Faraday Rotátor
Szabad tér izolátor
Nagy teljesítményű Nd-YAG polarizátor
Az optikai tervezés gyakran a fény hullámhosszára és intenzitására összpontosít, miközben figyelmen kívül hagyja a polarizációját.A polarizáció azonban a fény, mint hullám fontos tulajdonsága.A fény egy elektromágneses hullám, és ennek a hullámnak az elektromos tere merőlegesen oszcillál a terjedési irányra.A polarizációs állapot a hullám oszcillációjának irányát írja le a terjedési irányhoz képest.A fényt polarizálatlannak nevezzük, ha ennek az elektromos mezőnek az iránya az időben véletlenszerűen ingadozik.Ha a fény elektromos mezőjének iránya jól meghatározott, polarizált fénynek nevezzük.A polarizált fény leggyakoribb forrása a lézer.Az elektromos mező orientációjától függően a polarizált fényt három polarizációtípusba soroljuk:
★Lineáris polarizáció: az oszcilláció és a terjedés egy síkban van.Thelineárisan polarizált fény elektromos tere ckét egymásra merőleges, egyenlő amplitúdójú, lineáris olyan alkatrészek, amelyeknek nincs fáziskülönbsége.Az így létrejövő elektromos fénytér a terjedési irány mentén egyetlen síkra korlátozódik.
★ Körkörös polarizáció: a fény iránya idővel spirálisan változik.A fény elektromos tere két egymásra merőleges, egyenlő amplitúdójú, de π/2 fáziskülönbségű lineáris komponensből áll.Az így létrejövő elektromos fénytér körben forog a terjedési iránya körül.
★Elliptikus polarizáció: az elliptikusan polarizált fény elektromos tere egy ellipszist ír le, összehasonlítva a kör polarizációjával.Ez az elektromos tér két különböző amplitúdójú és/vagy nem π/2 fáziskülönbségű lineáris komponens kombinációjának tekinthető.Ez a polarizált fény legáltalánosabb leírása, és a körkörös és lineáris polarizált fény az elliptikusan polarizált fény speciális eseteinek tekinthető.
A két ortogonális lineáris polarizációs állapotot gyakran „S”-nek és „P”-nek nevezik.őka beesési síkhoz viszonyított relatív orientációjuk határozza meg.P-polarizált fényEzzel a síkkal párhuzamosan rezgő fény „P”, míg az s-polarizált fény, amely erre a síkra merőlegesen polarizált elektromos mezővel rendelkezik, „S”.Polarizátorokkulcsfontosságú optikai elemek a polarizáció szabályozásához, a kívánt polarizációs állapot továbbításához, miközben visszaverik, elnyelik vagy eltérítik a többit.A polarizátor típusok széles választéka létezik, mindegyiknek megvannak a maga előnyei és hátrányai.Annak érdekében, hogy segítsen kiválasztani a legjobb polarizátort az alkalmazáshoz, megvitatjuk a polarizátor specifikációit, valamint a polarizátorok kiválasztásának útmutatóját.
P és S pol.a beesési síkhoz viszonyított relatív orientációjuk határozza meg
A polarizátor specifikációi
A polarizátorokat néhány kulcsparaméter határozza meg, amelyek közül néhány a polarizációs optikára jellemző.A legfontosabb paraméterek a következők:
⊙Transzmisszió: Ez az érték vagy a lineárisan polarizált fény polarizációs tengely irányába történő áteresztésére vonatkozik, vagy a polarizálatlan fény polarizátoron keresztüli átvitelére.A párhuzamos transzmisszió a polarizálatlan fény áteresztése két polarizációs tengelyen párhuzamosan, míg a keresztezett átvitel a nem polarizált fény átvitele két polarizációs tengelyen keresztezett polarizátoron keresztül.Ideális polarizátorok esetén a lineárisan polarizált fény polarizációs tengellyel párhuzamos áteresztése 100%, a párhuzamos átvitel 50%, a keresztezett fényáteresztés pedig 0%.A polarizálatlan fény a p- és s-polarizált fény gyorsan változó véletlenszerű kombinációjának tekinthető.Egy ideális lineáris polarizátor a két lineáris polarizáció közül csak az egyiket továbbítja, csökkentve a kezdeti polarizálatlan intenzitást I.0felére, azazI=I0/2,tehát a párhuzamos átvitel (polarizálatlan fénynél) 50%.Lineárisan polarizált fényhez I intenzitású0, az ideális polarizátoron áthaladó I intenzitás Malus törvényével írható le, azazI=I0kötözősaláta2Øahol θ a beeső lineáris polarizáció és a polarizációs tengely közötti szög.Azt látjuk, hogy a párhuzamos tengelyeknél 100%-os átvitel érhető el, míg a 90°-os tengelyeknél, más néven keresztes polarizátoroknál 0% az átvitel, tehát a keresztirányú átvitel 0%.A valós alkalmazásokban azonban az átvitel soha nem lehet pontosan 0%, ezért a polarizátorokat az alábbiakban leírt kioltási arány jellemzi, amely segítségével meghatározható a tényleges átvitel két keresztezett polarizátoron keresztül.
⊙Kioltási arány és polarizációs fok: A lineáris polarizátor polarizációs tulajdonságait általában a polarizáció mértéke vagy a polarizáció hatékonysága határozza meg, azaz P=(T1-T2)/(T1+T2) és extinkciós aránya, azaz ρp=T2/T1ahol a lineárisan polarizált fény polarizátoron áthaladó fő áteresztőképessége T1 és T2.T1 a maximális átvitel a polarizátoron keresztül, és akkor fordul elő, ha a polarizátor átviteli tengelye párhuzamos a beeső lineárisan polarizált nyaláb polarizációjával;T2 a minimális átvitel a polarizátoron keresztül, és akkor fordul elő, ha a polarizátor átviteli tengelye merőleges a beeső lineárisan polarizált nyaláb polarizációjára.
A lineáris polarizátorok kioltási teljesítményét gyakran 1/ρp : 1-ben fejezik ki. Ez a paraméter 100:1-nél kisebb értéktől (azaz 100-szor nagyobb áteresztőképességgel rendelkezik a P polarizált fénynél, mint az S polarizált fénynél) a gazdaságos lappolarizátorok esetében 10-ig terjed.6:1 kiváló minőségű kettős törő kristályos polarizátorokhoz.Az extinkciós arány általában a hullámhossztól és a beesési szögtől függően változik, és más tényezőkkel együtt kell értékelni, mint például a költség, a méret és a polarizált átvitel egy adott alkalmazásnál.Az extinkciós arányon kívül a polarizátor teljesítményét a hatásfok jellemzésével mérhetjük.A polarizációs hatásfok mértékét „kontrasztnak” nevezik, ezt az arányt gyakran használják olyan gyenge fényviszonyoknál, ahol az intenzitásveszteség kritikus.
⊙Elfogadási szög: Az elfogadási szög az a legnagyobb eltérés a tervezett beesési szögtől, amelynél a polarizátor továbbra is a specifikációkon belül működik.A legtöbb polarizátort úgy tervezték, hogy 0°-os vagy 45°-os beesési szögben, vagy Brewster-szögben működjön.Az elfogadási szög fontos az igazításhoz, de különösen fontos, ha nem kollimált gerendákkal dolgozik.A huzalrácsok és a dikroikus polarizátorok a legnagyobb elfogadási szöggel rendelkeznek, egészen a közel 90°-os teljes elfogadási szögig.
⊙Felépítés: A polarizátorok sokféle formában és kivitelben kaphatók.A vékonyréteg polarizátorok az optikai szűrőkhöz hasonló vékony filmek.A polarizálólemezes sugárosztók vékony, lapos lemezek, amelyek a sugárral szögben vannak elhelyezve.A polarizáló kocka nyalábosztók két derékszögű prizmából állnak, amelyek a hipotenuzusnál egymáshoz vannak szerelve.
A kettős törő polarizátorok két egymáshoz szerelt kristályprizmából állnak, ahol a prizmák szögét az adott polarizátor kialakítása határozza meg.
⊙Tiszta apertúra: A tiszta apertúra általában a kettős törő polarizátorok esetében korlátozza a leginkább, mivel az optikailag tiszta kristályok elérhetősége korlátozza ezeknek a polarizátoroknak a méretét.A dikroikus polarizátorok rendelkeznek a legnagyobb elérhető átlátszó nyílásokkal, mivel gyártásuk alkalmas nagyobb méretekre.
⊙Optikai úthossz: A hosszúságú fénynek át kell haladnia a polarizátoron.A diszperzió, a sérülési küszöbértékek és a helyszűke szempontjából fontosak, hogy az optikai úthosszak jelentősek lehetnek a kettőstörő polarizátorokban, de általában rövidek a dikroikus polarizátorokban.
⊙Sérülési küszöb: A lézersérülési küszöböt a felhasznált anyag, valamint a polarizátor kialakítása határozza meg, a kettős törő polarizátoroknál jellemzően a legmagasabb a károsodási küszöb.A cement gyakran a legérzékenyebb elem a lézeres károsodásra, ezért az optikailag érintkező sugárosztók vagy a levegőtávolságú kettőstörő polarizátorok magasabb károsodási küszöbértékkel rendelkeznek.
Polarizátor kiválasztásának útmutatója
Számos típusú polarizátor létezik, beleértve a dikroikus, kocka, huzalrács és kristályos polarizátorokat.Egyetlen polarizátortípus sem ideális minden alkalmazáshoz, mindegyiknek megvannak a maga egyedi erősségei és gyengeségei.
A dikroikus polarizátorok egy adott polarizációs állapotot továbbítanak, miközben az összes többit blokkolják.A tipikus konstrukció egyetlen bevonattal ellátott szubsztrátumból vagy dikroikus polimer fóliából áll, és két üveglapból állnak.Amikor egy természetes nyaláb áthalad a dikroikus anyagon, a nyaláb egyik ortogonális polarizációs összetevője erősen elnyelődik, a másik pedig gyenge abszorpcióval kialszik.Tehát a dikroikus lappolarizátor használható véletlenszerűen polarizált nyaláb lineárisan polarizált nyalábává alakítására.A polarizáló prizmákkal összehasonlítva a dikroikus lemezes polarizátor sokkal nagyobb méretet és elfogadható szöget kínál. Noha magas a kihalás és a költség arány, a konstrukció korlátozza a nagy teljesítményű lézerek vagy a magas hőmérsékletű lézerek használatát.A dikroikus polarizátorok sokféle formában állnak rendelkezésre, az olcsó laminált fóliától a precíziós, nagy kontrasztú polarizátorokig.
A dikroikus polarizátorok elnyelik a nem kívánt polarizációs állapotot
A polarizáló kocka nyalábosztók úgy készülnek, hogy két derékszögű prizmát egy bevonattal ellátott hipotenusszal kapcsolnak össze.A polarizáló bevonat jellemzően magas és alacsony indexű anyagok váltakozó rétegeiből készül, amelyek visszaverik az S polarizált fényt és áteresztik a P-t. Az eredmény két merőleges sugár könnyen felszerelhető és igazítható formában.A polarizáló bevonatok jellemzően ellenállnak a nagy teljesítménysűrűségnek, azonban a kockák cementálásához használt ragasztók tönkremennek.Ez a hibamód optikai érintkezéssel kiküszöbölhető.Míg az átvitt sugár esetében általában nagy kontrasztot látunk, a visszavert kontraszt általában alacsonyabb.
A huzalrács polarizátorok egy sor mikroszkopikus huzalt tartalmaznak egy üveg hordozón, amely szelektíven továbbítja a P-polarizált fényt és visszaveri az S-polarizált fényt.A mechanikai természetük miatt a huzalrácsos polarizátorok hullámhossz-sávja csak a hordozó átvitele által korlátozott, így ideálisak a nagy kontrasztú polarizációt igénylő szélessávú alkalmazásokhoz.
A fémhuzalokra merőleges polarizációt továbbítják
A kristályos polarizátor átadja a kívánt polarizációt, és eltér a többitől a kristályos anyagaik kettős törő tulajdonságainak felhasználásával
A kristályos polarizátorok a hordozó kettős törő tulajdonságait használják fel a bejövő fény polarizációs állapotának megváltoztatására.A kettős törésű anyagoknak kissé eltérő törésmutatója van a különböző orientációban polarizált fényre, ami miatt a különböző polarizációs állapotok különböző sebességgel haladnak át az anyagon.
A Wollaston polarizátorok olyan kristályos polarizátorok, amelyek két kettős törő derékszögű prizmából állnak, amelyek egymáshoz vannak ragasztva úgy, hogy optikai tengelyeik merőlegesek.Ezenkívül a kristályos polarizátorok magas károsodási küszöbe ideálissá teszi őket lézeres alkalmazásokhoz.
Wollaston polarizátor
A Paralight Optics kiterjedt polarizátorkínálata magában foglalja a polarizáló kocka nyalábosztókat, a nagy teljesítményű kétcsatornás PBS-t, a nagy teljesítményű polarizáló kocka nyalábosztókat, az 56°-os polarizáló lemeznyalábosztókat, a 45°-os polarizálólemezes nyalábelosztókat, a dichroic lemezes polarizátorokat (nanotalari polarizátorokat, a Liarnetalari polarizereket Taylor polarizátorok, Glan lézeres polarizátorok, Glan Thompson polarizátorok, Wollaston polarizátorok, Rochon polarizátorok), változó körkörös polarizátorok és polarizáló sugaras kiszorítók/kombinátorok.
Lézer vonal polarizátorok
A polarizációs optikával kapcsolatos részletesebb információkért vagy árajánlatért kérjük, lépjen kapcsolatba velünk.
