Рассказываем, какие бывают поляризаторы и для чего используются. И даем небольшой ликбез про s- и p- поляризации.
Мы уже упоминали поляризаторы в статье об изоляторах Фарадея. Поляризатор — это устройство, которое пропускает свет только с одним направлением поляризации, т.е. из естественного неполяризованного света сделает поляризованный. Направление поляризации — это направление, в котором лежит вектор напряженности электрического поля электромагнитной волны.
Направления поляризации
При объяснении действия поляризаторов часто используют понятия s и p поляризации. Это направления поляризации по отношению к плоскости падения луча на оптический элемент. Плоскость падения — это плоскость, в которой лежат падающий и отражённый луч.
S-поляризация — это направление, перпендикулярное плоскости падения:
P-поляризация — направление, параллельное плоскости падения:
В общем случае для произвольного угла падения коэффициенты отражения для s-поляризации и p-поляризации различаются. На этом основана работа некоторых видов поляризаторов.
Типы поляризаторов
Полимерные поляризаторы
Это поглощающие поляризаторы, известные широкому кругу — они используются в солнцезащитных очках. Состоят из полимерного материала, растянутого в одном направлении, так что его полимерные цепи выровнены вдоль одной оси. Свет с направлением поляризации вдоль цепей сильно поглощается, а перпендикулярно цепям — проходит с минимальными потерями. Недостатком полимерных поляризаторов является низкий порог повреждения: 1 Вт/см^2.
Двулучепреломляющие поляризационные светоделители
Двулучепреломляющие поляризаторы способны выдержать большую мощность излучения, потому что не поглощают, а отражают излучение. Пучок, содержащий обе поляризации, такие поляризаторы делят на два, поэтому называются светоделителями.
Почему двулучепреломляющие? Двулучепреломление — это явление, характерное для некоторых оптических сред, таких как кварц (SiO2), кальцит (CaCO3), ванадат иттрия (YVO4), бета-борат бария (BBO) или фторид магния (MgF2). В таких средах скорость распространения света зависит от направления поляризации, поэтому разный угол распространения пучков с разной поляризацией:
Используя эту особенность, можно изготовить призму, в которой для одного направления поляризации будет выполняться условие полного внутреннего отражения и такие лучи не будут выходить наружу, отражаясь от внутренней поверхности призмы. Для другого направления поляризации угол будет меньше угла полного внутреннего отражения, поэтому такие лучи смогут выйти наружу. На таком принципе основаны такие оптические элементы, как призма Николя, призма Глана-Томпсона, призма Глана-Тейлора и призма Глана-Фуко. Они обеспечивают существенно разные направления распространения для двух разделенных поляризаций:
Другие двулучепреломляющие элементы (напрмер, призма Волластона, призма Номарского, призма Рошона и призма Сенармона) используют только разность углов распространения в среде, поэтому направления поляризованных лучей на выходе получаются близкими.
Тонкопленочные поляризаторы
Принцип работы тонкопленочных поляризаторов основан на интерференционных эффектах в многослойном диэлектрическом покрытии. При этом не требуется, чтобы подложка была из двулучепреломляющего оптического материала. Часто бывает удобно спроектировать тонкопленочный поляризатор на угол падения 45°, чтобы отраженный луч шел под углом 90° к исходному. Однако распространены и другие углы падения.
Поляризаторы брюстеровского типа
Тонкопленочный поляризатор представляет собой многослойное покрытие на основе окислов тугоплавких металлов и диэлектриков, нанесенное на тонкую стеклянную пластину. Порог разрушения тонкопленочных поляризаторов >500 мДж/см2, изготавливаются как прямоугольные, так и круглые поляризаторы такого типа.
Поляризационный куб
Поляризационный куб склеивают из двух призм 45°, на одну из которых нанесено диэлектрическое покрытие. На рабочие грани куба наносят просветляющее покрытие для уменьшения отражения.
Несмотря на ограничение по углу падения (только перпендикулярно входной грани), низкие потери на отражение позволяют широко применять такие оптические элементы, например, в голографических системах.
Поскольку интерференционные эффекты в многослойном покрытии зависят от длины волны, тонкопленочный поляризатор может работать только в ограниченном диапазоне длин волн и углов. Возможна оптимизация диэлектрического покрытия на диапазон десятков и сотен нанометров, но такие широкополосные поляризаторы могут не обеспечивать низкий уровень потерь во всем рабочем диапазоне.
В отличие от двулучепреломляющих поляризаторов, тонкопленочные поляризаторы можно изготовить достаточно больших размеров, поэтому они подойдут для импульсных лазерных систем с высокой пиковой мощностью.
Применение оптических поляризаторов
- Поляризационные солнцезащитные очки и фотофильтры. В солнечный день от поверхности воды или асфальта отражается преимущественно свет с горизонтальной поляризацией, а очки пропускают вертикальную, поэтому блики эффективно подавляются.
- Внутрирезонаторные лазерные поляризаторы. Внесение потерь для одной из поляризаций позволяет лазеру генерировать линейно поляризованное излучение. Для этого часто применяют пластинку, расположенную под углом Брюстера.
- Изоляторы Фарадея. В этих устройствах применяется пара поляризаторов, между которыми помещается активная среда, меняющая направление поляризации проходящего через нее излучения (вращатель Фарадея). Поэтому свет может пройти через такое устройство только в одном направлении.
- Объединение лазерных пучков для масштабирования мощности. Лазерные линейно поляризованные пучки можно объединить с помощью тех же оптических элементов, которые позволяют разделить неполяризованный пучок на два поляризованных.
- Интерферометрия. Оптические схемы интерферометров часто содержат поляризационные светоделители.
Лазерные технологии в ЛАССАРД
Приезжайте к нам в шоурум! Мы покажем, как лазерные технологии работают на практике в станках для резки, сварки, маркировки, очистки и упрочнения, а также в гибридном станке 3 в 1.
Наши контакты:
📱 Сайт
👥 ВК
📺 RUTUBE
🏭 Наше производство и шоурум: ОЭЗ «Технополис Москва», 109316, Россия, Москва, Волгоградский проспект, д. 42, корп. 5, пом. 1Н
📞 Наш телефон: +7 495 120 68 86
✉️ Наша почта: sales@lassard.ru
