波長板とリターダー

概要

偏光光学系は、入射放射線の偏光状態を変更するために使用されます。当社の偏光光学系には、UV、可視、または IR スペクトル範囲にわたる偏光子、波長板/リターダー、デポラライザー、ファラデー回転子、光アイソレーターが含まれます。

リターダーとしても知られる波長板は、ビームを減衰、偏向、変位させることなく光を透過し、その偏光状態を変更します。これは、偏光の 1 つの成分をその直交成分に対して遅らせる (または遅延させる) ことによって行われます。波長板は、入射偏光ビームを 2 つの相互に直交する偏光ビームに分解する、低速と高速の 2 つの主軸を持つ光学素子です。出現したビームは再結合して、特定の単一偏光ビームを形成します。波長板は、全波長、半波長、および 4 分の 1 波長の遅延を生成します。位相差板または位相差板とも呼ばれます。偏光されていない光では、波長板は窓に相当します。どちらも光が通過する平らな光学部品です。

1/4 波長板: 直線偏光が 1/4 波長板の軸に対して 45 度で入力されると、出力は円偏光になり、その逆も同様です。

半波長板: 半波長板は、直線偏光を任意の方向に回転させます。回転角度は、入射偏光と光軸との間の角度の 2 倍です。

レーザーゼロ次--エアスペースクォーター波長板-1

レーザーゼロ次エアスペース1/4波長板

レーザーゼロ次空気間隔半波長板 1

レーザーゼロ次空隙半波長板

波長板は、光の偏光状態を制御および分析するのに最適です。これらは、ゼロ次、多重次、無彩色の 3 つの主なタイプで提供されており、それぞれのアプリケーションに応じて独自の利点が含まれています。重要な用語と仕様を深く理解することは、光学システムがどれほど単純であっても複雑であっても、適切な波長板を選択するのに役立ちます。

用語と仕様

複屈折: 波長板は複屈折材料、最も一般的にはクリスタルクォーツで作られています。複屈折材料は、異なる方向に偏光された光に対してわずかに異なる屈折率を持ちます。したがって、次の図に示すように、入射する偏光されていない光が平行成分と直交成分に分離されます。

非偏光を分離する複屈折方解石結晶

非偏光を分離する複屈折方解石結晶

速軸と遅軸: 速軸に沿って偏光した光は、遅軸に沿って偏光した光よりも低い屈折率に遭遇し、波長板をより速く通過します。速軸は、取り付けられていない波長板の速軸直径上の小さな平らな点または点、または取り付けられた波長板のセルマウント上のマークによって示されます。

リターデーション: リターデーションは、速軸に沿って投影された偏光成分と遅軸に沿って投影された偏光成分の間の位相シフトを表します。リタデーションは、度、波長、またはナノメートルの単位で指定されます。リターデーションの 1 つの全波は 360°、つまり対象の波長におけるナノメートル数に相当します。リターデーションの許容差は通常、度、全波の自然数または小数、またはナノメートルで表されます。典型的なリターデーションの仕様と許容差の例は、λ/4 ± λ/300、λ/2 ± 0.003λ、λ/2 ± 1°、430nm ± 2nm です。

最も一般的な遅延値は λ/4、λ/2、および 1λ ですが、特定の用途では他の値も役立つ場合があります。たとえば、プリズムからの内部反射はコンポーネント間の位相シフトを引き起こし、問題となる可能性があります。補償波長板により、必要な偏光を復元できます。

多次数: 多次数波長板では、合計リターデーションは、目的のリターデーションに整数を加えたものになります。今日の正午を示す時計と 1 週間後の正午を示す時計が同じように見えるのと同じように、余分な整数部分はパフォーマンスに影響しません。時間が加算されていても、同じように見えます。多次波長板は単一の複屈折材料のみを使用して設計されていますが、比較的厚くすることができるため、取り扱いやシステムの統合が容易になります。ただし、厚さが厚いため、多次波長板は波長シフトや周囲温度の変化によって引き起こされるリタデーションシフトの影響を受けやすくなります。

ゼロ次: ゼロ次波長板は、過剰のないゼロ全波のリターダンスに必要な分数を加えたものを与えるように設計されています。たとえば、ゼロ次水晶波長板は、軸が交差した 2 つの多次水晶波長板で構成されているため、実効リターデーションはそれらの間の差になります。標準の 0 次波長板は、複合 0 次波長板としても知られ、光軸に対して垂直になるように配置された同じ複屈折材料の複数の波長板で構成されます。複数の波長板を積層することにより、個々の波長板で発生するリターデーションのシフトが相殺され、波長シフトや周囲温度の変化に対するリターデーションの安定性が向上します。標準のゼロ次波長板は、異なる入射角によって生じる遅延シフトを改善しません。真のゼロ次波長板は、ゼロ次で特定レベルの遅延を達成するために、厚さわずか数ミクロンの極薄プレートに加工された単一の複屈折材料で構成されています。プレートが薄いため、波長板の取り扱いや取り付けがより困難になる可能性がありますが、真のゼロ次波長板は、波長シフト、周囲温度の変化、および他の波長板と異なる入射角に対する優れた遅延安定性を提供します。ゼロ次波長板は、複数次波長板よりも優れたパフォーマンスを示します。帯域幅が広く、温度や波長の変化に対する感度が低いため、より重要な用途には考慮する必要があります。

アクロマチック: アクロマチック波長板は、色分散を実質的に排除する 2 つの異なる材料で構成されています。標準の色消しレンズは 2 種類のガラスから作られており、色収差を最小限に抑えたり除去したりしながら、目的の焦点距離を達成するように調整されています。アクロマート波長板は同じ基本原理で動作します。たとえば、アクロマティック波長板はクリスタルクォーツとフッ化マグネシウムで作られており、広いスペクトル帯域にわたってほぼ一定のリターデーションを実現します。

スーパーアクロマティック: スーパーアクロマティック波長板は、より広い波長帯域の色分散を除去するために使用される特別なタイプのアクロマティック波長板です。多くの超無彩色波長板は、可視スペクトルと NIR 領域の両方に、一般的な無彩色波長板よりも優れているとは言わないまでも、ほぼ同じ均一性で使用できます。一般的な色消し波長板は特定の厚さの石英とフッ化マグネシウムで作られていますが、超色消し波長板は石英とフッ化マグネシウムに加えて追加のサファイア基板を使用します。3 つの基板すべての厚さは、より長い波長範囲の色分散を排除するために戦略的に決定されます。

偏光子の選択ガイド

複数次波長板
低次(複数)波長板は、いくつかの全波に必要な分数を加えたリターダンスを与えるように設計されています。これにより、望ましいパフォーマンスを備えた物理的に堅牢な単一のコンポーネントが得られます。クリスタルクォーツの一枚板(公称厚さ0.5mm)で構成されています。波長や温度の小さな変化でも、必要な分数リターダンスに大きな変化が生じます。多次波長板は安価であり、感度の向上が重要ではない多くの用途に使用されています。これらは、気候制御された環境で単色光で使用するのに適しており、通常、研究室ではレーザーと組み合わせて使用​​されます。対照的に、鉱物学などのアプリケーションでは、多次波長板に固有の色シフト (リターダンス対波長変化) が利用されます。

多次半波長板-1

マルチオーダー半波長板

多次四分の一波長板-1

多次4分の1波長板

従来の結晶質石英波長板の代替品は、ポリマーリターダーフィルムです。このフィルムは、いくつかのサイズとリターダンスがあり、結晶波長板の数分の一の価格で入手できます。フィルムリターダーは、柔軟性の点で応用面でクリスタルクォーツよりも優れています。薄いポリマー設計により、フィルムを必要な形状やサイズに簡単にカットできます。これらのフィルムは、LCD や光ファイバーを使用するアプリケーションでの使用に最適です。ポリマーリターダーフィルムには無彩色バージョンもあります。ただし、このフィルムは損傷閾値が低いため、レーザーなどの高出力光源では使用しないでください。さらに、その使用は可視スペクトルに限定されるため、UV、NIR、または IR アプリケーションには代替手段が必要になります。

多次波長板は、光路のリターダンスが、部分的な設計リターダンスに加えて、特定の数の全波長シフトを受けることを意味します。マルチオーダー波長板の厚みは常に0.5mm程度です。ゼロ次波長板と比較して、多次波長板は波長と温度の変化に対してより敏感です。ただし、それらは安価であり、感度の向上が重要ではない多くのアプリケーションで広く使用されています。

ゼロ次波長板
それらの合計リターデーションは多次タイプのわずかな割合であるため、ゼロ次波長板のリターデーションは温度と波長の変化に対してはるかに一定です。より高い安定性が必要な場合や、より大きな温度変動が必要な場合には、ゼロ次波長板が理想的な選択肢です。応用例としては、拡張されたスペクトル波長の観察や、現場で使用される機器での測定などが挙げられます。

ゼロ次半波長板-1

ゼロ次半波長板

ゼロ次 4 分の 1 波長板 1

ゼロ次 4 分の 1 波長板

- 接合ゼロ次波長板は、速軸が交差した 2 枚の石英プレートで構成され、2 枚のプレートは UV エポキシで接合されています。2 枚のプレートの厚さの違いによってリターダンスが決まります。ゼロ次波長板は、多次波長板よりも温度と波長の変化に対する依存性が大幅に低くなります。

- 光学的に接触したゼロ次波長板は、速軸が交差した 2 枚の石英プレートで構成されており、2 枚のプレートは光学的に接触した方法で構成されており、光路にはエポキシが使用されていません。

- 空気間隔ゼロ次波長板は、マウントに取り付けられた 2 枚の石英プレートによって構成され、2 枚の石英プレートの間に空隙が形成されます。

- 真のゼロ次水晶プレートは、非常に薄い 1 枚の水晶プレートで構成されています。これらは、高損傷しきい値アプリケーション (1 GW/cm2 以上) 用の単一プレートとして、または損傷しやすいという問題を解決するために強度を提供するために BK7 基板上の接合された薄い石英プレートとして提供できます。

- ゼロ次二波長波長板は、2 つの波長 (基本波長と第 2 高調波波長) で特定のリターダンスを同時に提供できます。二波長波長板は、異なる波長の同軸レーザービームを分離するために他の偏光感知コンポーネントと組み合わせて使用​​する場合に特に役立ちます。ゼロ次二重波長波長板はフェムト秒レーザーで広く使用されています。

- テレコム波長板は、接合された真のゼロ次波長板と比較して、たった 1 枚の水晶板です。主に光ファイバー通信で使用されます。テレコム波長板は、ファイバー通信コンポーネントの厳しい要件を満たすように特別に設計された、薄くてコンパクトな波長板です。1/2 波長板は偏光状態を回転させるために使用でき、1/4 波長板は直線偏光を円偏光状態に、またはその逆に変換するために使用できます。1/2波長板の厚さは約91μm、1/4波長板は常に1/4波ではなく3/4波で、厚さは約137μmです。これらの超薄型波長板は、最適な温度帯域幅、角度帯域幅、波長帯域幅を保証します。これらの波長板はサイズが小さいため、設計全体のパッケージ サイズを縮小するのにも最適です。ご要望に応じてカスタムサイズを提供できます。

- 中赤外のゼロ次波長板は、速軸が交差した 2 枚のフッ化マグネシウム (MgF2) プレートで構成されており、2 枚のプレートは光学的に接触する方法で構成されており、光路にはエポキシが使用されていません。2 枚のプレートの厚さの違いによってリターダンスが決まります。中赤外線ゼロ次波長板は赤外線用途で広く使用されており、理想的には 2.5 ~ 6.0 ミクロンの範囲に使用されます。

アクロマチック波長板
色消し波長板は、2 つの板が異なる複屈折結晶で作られている点を除けば、ゼロ次波長板と似ています。2 つの材料の補償により、色消し波長板は 0 次波長板よりもはるかに一定です。色消し波長板は、2 つの板が異なる複屈折結晶で作られている点を除いて、ゼロ次波長板に似ています。2 つの材料の複屈折の分散が異なるため、広い波長範囲で位相差値を指定することが可能です。したがって、リターデーションは波長の変化に対してあまり敏感ではありません。状況が複数のスペクトル波長または帯域全体 (たとえば、紫から赤まで) をカバーする場合、無彩色波長板が理想的な選択肢です。

近赤外

NIRアクロマチック波長板

SWIR

SWIRアクロマチック波長板

VIS

VIS色消し波長板

超無彩色波長板
スーパーアクロマティック波長板はアクロマティック波長板に似ており、むしろ超広帯域波長範囲にわたって平坦なリターダンスを提供します。通常の色消し波長板は 1 枚の石英板と 1 枚の MgF2 板で構成されており、波長範囲は数百ナノメートルのみです。当社の超無彩色波長板は、石英、MgF2、サファイアの 3 つの材料で作られており、より広い波長範囲でフラットなリターダンスを提供できます。

フレネルロンブリターダ
フレネル ロンブ リターダは、プリズム構造内の特定の角度での内部反射を利用して、入射偏光にリターダンスを与えます。アクロマチック波長板と同様に、広範囲の波長にわたって均一なリターデーションを提供できます。フレネル ロンブ リターダのリターデーションは材料の屈折率と形状にのみ依存するため、複屈折結晶で作られた色消し波長板よりも波長範囲が広くなります。シングルフレネルロンブリターダは、λ/4の位相遅延を生成し、出力光は入力光と平行ですが、横方向にずれます。ダブル フレネル ロンブ リターダーは λ/2 の位相遅延を生成し、2 つのシングル フレネル ロンブ リターダーで構成されます。当社では標準の BK7 フレネル ロンブリターダーを提供していますが、ご要望に応じて ZnSe や CaF2 などの他の材料も利用可能です。これらのリターダは、ダイオードおよびファイバー用途での使用に最適化されています。フレネル ロンブ リターダは全内部反射に基づいて機能するため、広帯域または無彩色の用途に使用できます。

フレネル・ロンブ・リターダー

フレネルロンブリターダ

結晶質水晶偏光回転子
結晶質石英偏光回転子は、回転子と光の偏光の間の位置合わせとは無関係に、入射光の偏光を回転させる単結晶石英です。天然水晶の回転活性により、入射直線偏光ビームの面が水晶の厚さによって決まる特別な角度で回転するように、偏光回転子としても使用できます。現在、左利き用と右利き用の回転子を提供できます。結晶質石英偏光回転子は偏光面を特定の角度で回転させるため、波長板の優れた代替品であり、光の単一成分だけでなく、光軸に沿って光の偏光全体を回転させるために使用できます。入射光の伝播方向は回転子に対して垂直でなければなりません。

Paralight Optics は、アクロマティック波長板、スーパーアクロマティック波長板、接合ゼロ次波長板、光学接触ゼロ次波長板、空隙ゼロ次波長板、真のゼロ次波長板、単板ハイパワー波長板、マルチオーダー波長板を提供しています。 、二波長波長板、ゼロ次二波長波長板、テレコム波長板、中赤外ゼロ次波長板、フレネルロンブリターダ、波長板用リングホルダー、および水晶偏光回転子。

波長板

波長板

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