Przegląd
Optyka polaryzacyjna służy do zmiany stanu polaryzacji padającego promieniowania.Nasza optyka polaryzacyjna obejmuje polaryzatory, płytki falowe/zwalniacze, depolaryzatory, rotatory Faradaya i izolatory optyczne w zakresie widma UV, widzialnego i IR.
Rotator Faradaya 1064 nm
Izolator wolnej przestrzeni
Polaryzator Nd-YAG dużej mocy
Projektowanie optyczne często skupia się na długości fali i natężeniu światła, zaniedbując jego polaryzację.Polaryzacja jest jednak ważną właściwością światła jako fali.Światło jest falą elektromagnetyczną, a pole elektryczne tej fali oscyluje prostopadle do kierunku propagacji.Stan polaryzacji opisuje orientację drgań fali w stosunku do kierunku propagacji.Światło nazywa się niespolaryzowanym, jeśli kierunek tego pola elektrycznego zmienia się losowo w czasie.Jeśli kierunek pola elektrycznego światła jest dobrze określony, nazywa się to światłem spolaryzowanym.Najczęstszym źródłem światła spolaryzowanego jest laser.W zależności od orientacji pola elektrycznego światło spolaryzowane dzielimy na trzy typy polaryzacji:
★ Polaryzacja liniowa: oscylacja i propagacja przebiegają w jednej płaszczyźnie.Thepole elektryczne światła spolaryzowanego liniowo cskłada się z dwóch prostopadłych, równych amplitudowo, liniowych elementy, które nie mają różnicy faz.Powstałe pole elektryczne światła jest ograniczone do jednej płaszczyzny wzdłuż kierunku propagacji.
★ Polaryzacja kołowa: orientacja światła zmienia się w czasie w sposób spiralny.Pole elektryczne światła składa się z dwóch składowych liniowych, które są do siebie prostopadłe, mają jednakową amplitudę, ale mają różnicę faz π/2.Powstałe pole elektryczne światła wiruje po okręgu wokół kierunku propagacji.
★ Polaryzacja eliptyczna: pole elektryczne światła spolaryzowanego eliptycznie opisuje elipsę, w porównaniu z kołem poprzez polaryzację kołową.To pole elektryczne można uznać za kombinację dwóch składowych liniowych o różnych amplitudach i/lub różnicy faz, która nie wynosi π/2.Jest to najbardziej ogólny opis światła spolaryzowanego, a światło spolaryzowane kołowo i liniowo można postrzegać jako szczególne przypadki światła spolaryzowanego eliptycznie.
Dwa ortogonalne stany polaryzacji liniowej są często określane jako „S” i „P”,Onisą określone przez ich względną orientację do płaszczyzny padania.Światło spolaryzowane typu Poscylujące równolegle do tej płaszczyzny to „P”, natomiast światło spolaryzowane w kształcie litery S, którego pole elektryczne jest spolaryzowane prostopadle do tej płaszczyzny, to „S”.Polaryzatoryto kluczowe elementy optyczne kontrolujące polaryzację, transmitujące pożądany stan polaryzacji, jednocześnie odbijające, pochłaniające lub odchylające resztę.Istnieje wiele różnych typów polaryzatorów, każdy z nich ma swoje zalety i wady.Aby pomóc Ci wybrać najlepszy polaryzator do Twojego zastosowania, omówimy specyfikacje polaryzatora, a także przewodnik po wyborze polaryzatorów.
P i S pol.są określone przez ich względną orientację do płaszczyzny padania
Specyfikacje polaryzatora
Polaryzatory są definiowane przez kilka kluczowych parametrów, z których niektóre są specyficzne dla optyki polaryzacyjnej.Najważniejsze parametry to:
⊙Transmisja: Wartość ta odnosi się albo do transmisji światła spolaryzowanego liniowo w kierunku osi polaryzacji, albo do transmisji światła niespolaryzowanego przez polaryzator.Transmisja równoległa to transmisja niespolaryzowanego światła przez dwa polaryzatory, których osie polaryzacji są ustawione równolegle, natomiast transmisja krzyżowa to transmisja niespolaryzowanego światła przez dwa polaryzatory, których osie polaryzacji są skrzyżowane.Dla idealnych polaryzatorów transmisja światła spolaryzowanego liniowo równolegle do osi polaryzacji wynosi 100%, transmisja równoległa wynosi 50%, a transmisja skrzyżowana wynosi 0%.Światło niespolaryzowane można uznać za szybko zmieniającą się losową kombinację światła spolaryzowanego p i s.Idealny polaryzator liniowy będzie transmitował tylko jedną z dwóch polaryzacji liniowych, zmniejszając początkową niespolaryzowaną intensywność I0o połowę, tj.ja=ja0/2,więc transmisja równoległa (dla światła niespolaryzowanego) wynosi 50%.Dla światła spolaryzowanego liniowo o natężeniu I0, natężenie transmitowane przez idealny polaryzator I można opisać prawem Malusa, tj.ja=ja0sałata2Øgdzie θ jest kątem pomiędzy padającą polaryzacją liniową a osią polaryzacji.Widzimy, że dla osi równoległych osiągana jest transmisja 100%, natomiast dla osi 90°, zwanych także polaryzatorami skrzyżowanymi, transmisja wynosi 0%, zatem transmisja skrzyżowana wynosi 0%.Jednak w rzeczywistych zastosowaniach transmisja nigdy nie może wynosić dokładnie 0%, dlatego polaryzatory charakteryzują się współczynnikiem ekstynkcji opisanym poniżej, który można wykorzystać do określenia rzeczywistej transmisji przez dwa skrzyżowane polaryzatory.
⊙Współczynnik ekstynkcji i stopień polaryzacji: Właściwości polaryzacyjne polaryzatora liniowego są zwykle definiowane przez stopień polaryzacji lub skuteczność polaryzacji, tj. P=(T1-T2)/(T1+T2) i jego współczynnik ekstynkcji, tj. ρp=T2/T1gdzie główne przepuszczalności liniowo spolaryzowanego światła przez polaryzator wynoszą T1 i T2.T1 jest maksymalną transmisją przez polaryzator i występuje, gdy oś transmisji polaryzatora jest równoległa do polaryzacji padającej wiązki spolaryzowanej liniowo;T2 jest minimalną transmisją przez polaryzator i występuje, gdy oś transmisji polaryzatora jest prostopadła do polaryzacji padającej wiązki spolaryzowanej liniowo.
Wydajność ekstynkcji polaryzatora liniowego często wyraża się jako 1 / ρp : 1. Parametr ten waha się od mniej niż 100:1 (co oznacza, że masz 100 razy większą transmisję dla światła spolaryzowanego P niż światła spolaryzowanego S) w przypadku ekonomicznych polaryzatorów arkuszowych do 106: 1 dla wysokiej jakości dwójłomnych polaryzatorów krystalicznych.Współczynnik ekstynkcji zazwyczaj zmienia się w zależności od długości fali i kąta padania i należy go oceniać wraz z innymi czynnikami, takimi jak koszt, rozmiar i spolaryzowana transmisja dla danego zastosowania.Oprócz współczynnika ekstynkcji możemy zmierzyć wydajność polaryzatora, charakteryzując jego wydajność.Stopień efektywności polaryzacji nazywany jest „kontrastem”. Ten współczynnik jest powszechnie stosowany przy rozważaniu zastosowań przy słabym oświetleniu, gdzie straty intensywności są krytyczne.
⊙Kąt akceptacji: Kąt akceptacji to największe odchylenie od projektowego kąta padania, przy którym polaryzator będzie nadal działał zgodnie ze specyfikacjami.Większość polaryzatorów jest zaprojektowana do pracy pod kątem padania 0° lub 45° lub pod kątem Brewstera.Kąt akceptacji jest ważny dla wyrównania, ale ma szczególne znaczenie podczas pracy z wiązkami niekolimowanymi.Siatka druciana i polaryzatory dichroiczne mają największe kąty akceptacji, aż do pełnego kąta akceptacji wynoszącego prawie 90°.
⊙Konstrukcja: Polaryzatory występują w wielu formach i wzorach.Polaryzatory cienkowarstwowe to cienkie warstwy podobne do filtrów optycznych.Polaryzacyjne rozdzielacze wiązki to cienkie, płaskie płytki umieszczone pod kątem do wiązki.Polaryzacyjne sześcianowe rozdzielacze wiązki składają się z dwóch pryzmatów kątowych zamontowanych razem na przeciwprostokątnej.
Polaryzatory dwójłomne składają się z dwóch zamontowanych razem krystalicznych pryzmatów, przy czym kąt pryzmatów jest określony przez specyficzną konstrukcję polaryzatora.
⊙Przezroczysta apertura: przezroczysta apertura jest zazwyczaj najbardziej restrykcyjna w przypadku polaryzatorów dwójłomnych, ponieważ dostępność optycznie czystych kryształów ogranicza rozmiar tych polaryzatorów.Polaryzatory dichroiczne mają największe dostępne przezroczyste apertury, ponieważ ich produkcja pozwala na stosowanie większych rozmiarów.
⊙Długość ścieżki optycznej: Długość, jaką światło musi pokonać przez polaryzator.Ważne dla dyspersji, progów uszkodzeń i ograniczeń przestrzennych, długości ścieżek optycznych mogą być znaczące w polaryzatorach dwójłomnych, ale zwykle są krótkie w polaryzatorach dichroicznych.
⊙Próg uszkodzenia: Próg uszkodzenia lasera zależy od użytego materiału oraz konstrukcji polaryzatora, przy czym polaryzatory dwójłomne mają zazwyczaj najwyższy próg uszkodzenia.Cement jest często najbardziej podatnym pierwiastkiem na uszkodzenia laserowe, dlatego też optycznie kontaktowe rozdzielacze wiązki lub polaryzatory dwójłomne rozmieszczone w przestrzeni powietrznej mają wyższe progi uszkodzeń.
Przewodnik po wyborze polaryzatora
Istnieje kilka rodzajów polaryzatorów, w tym dichroiczne, sześcienne, siatkowe i krystaliczne.Żaden typ polaryzatora nie jest idealny do każdego zastosowania, każdy ma swoje unikalne mocne i słabe strony.
Polaryzatory dichroiczne przekazują określony stan polaryzacji, blokując wszystkie inne.Typowa konstrukcja składa się z pojedynczego powlekanego podłoża lub polimerowej folii dichroicznej, umieszczonej pomiędzy dwiema płytami szklanymi.Kiedy naturalna wiązka przechodzi przez materiał dichroiczny, jedna z ortogonalnych składowych polaryzacji wiązki jest silnie absorbowana, a druga gaśnie ze słabą absorpcją.Zatem polaryzator arkuszowy dichroiczny może zostać użyty do przekształcenia wiązki spolaryzowanej losowo w wiązkę spolaryzowaną liniowo.W porównaniu z pryzmatami polaryzacyjnymi, polaryzator arkuszowy dichroiczny oferuje znacznie większy rozmiar i akceptowalny kąt. Chociaż stosunek ekstynkcji do kosztu jest wysoki, konstrukcja ogranicza zastosowanie laserów o dużej mocy lub wysokich temperatur.Polaryzatory dichroiczne są dostępne w szerokiej gamie form, od niedrogich folii laminowanych po precyzyjne polaryzatory o wysokim kontraście.
Polaryzatory dichroiczne pochłaniają niepożądany stan polaryzacji
Polaryzacyjne rozdzielacze sześcienne powstają poprzez połączenie dwóch pryzmatów kątowych z pokrytą przeciwprostokątną.Powłoka polaryzacyjna jest zwykle zbudowana z naprzemiennych warstw materiałów o wysokim i niskim współczynniku, które odbijają światło spolaryzowane S i przepuszczają P. W rezultacie powstają dwie ortogonalne wiązki w formie łatwej do zamontowania i wyrównania.Powłoki polaryzacyjne zazwyczaj wytrzymują wysoką gęstość mocy, jednak kleje użyte do cementowania kostek mogą zawieść.Ten rodzaj awarii można wyeliminować poprzez kontakt optyczny.Chociaż zazwyczaj widzimy wysoki kontrast dla transmitowanej wiązki, kontrast odbity jest zwykle niższy.
Polaryzatory siatkowe składają się z szeregu mikroskopijnych drutów na szklanym podłożu, które selektywnie przepuszczają światło spolaryzowane P i odbijają światło spolaryzowane S.Ze względu na charakter mechaniczny polaryzatory siatkowe charakteryzują się pasmem długości fali ograniczonym jedynie transmisją podłoża, co czyni je idealnymi do zastosowań szerokopasmowych wymagających polaryzacji o wysokim kontraście.
Przenoszona jest polaryzacja prostopadła do drutów metalowych
Polaryzator krystaliczny przenosi pożądaną polaryzację i odchyla resztę, wykorzystując dwójłomne właściwości ich materiałów krystalicznych
Polaryzatory krystaliczne wykorzystują dwójłomne właściwości podłoża do zmiany stanu polaryzacji przychodzącego światła.Materiały dwójłomne mają nieco inne współczynniki załamania światła spolaryzowanego w różnych orientacjach, co powoduje, że różne stany polaryzacji przemieszczają się przez materiał z różnymi prędkościami.
Polaryzatory Wollaston to rodzaj polaryzatorów krystalicznych, które składają się z dwóch dwójłomnych pryzmatów kątowych sklejonych ze sobą tak, że ich osie optyczne są prostopadłe.Ponadto wysoki próg uszkodzenia polaryzatorów krystalicznych czyni je idealnymi do zastosowań laserowych.
Polaryzator Wollastona
Szeroka gama polaryzatorów firmy Paralight Optics obejmuje polaryzacyjne rozdzielacze sześcienne, wysokowydajne dwukanałowe PBS, polaryzacyjne sześcienne rozdzielacze dużej mocy, polaryzacyjne rozdzielacze wiązek 56°, polaryzacyjne rozdzielacze wiązek 45°, polaryzatory z arkusza dichroicznego, polaryzatory liniowe nanocząstkowe, polaryzatory dwójłomne lub krystaliczne (Glan Polaryzatory Taylora, polaryzatory laserowe Glan, polaryzatory Glan Thompson, polaryzatory Wollaston, polaryzatory Rochon), zmienne polaryzatory kołowe i polaryzatory/kombinatory wiązki polaryzacyjnej.
Polaryzatory linii laserowej
Aby uzyskać bardziej szczegółowe informacje na temat optyki polaryzacyjnej lub otrzymać wycenę, skontaktuj się z nami.
