Деполяризатор (оптика)

Деполяризатор поляризации или деполяризатор — оптическое устройство, используемое для шифрования света . Идеальный деполяризатор будет выдавать случайно поляризованный свет независимо от его входного сигнала, но все практические деполяризаторы производят псевдослучайную выходную поляризацию.

Оптические системы часто чувствительны к поляризации достигающего их света (например, решеток на основе спектрометры ). Нежелательная поляризация входа такой системы может вызвать ошибки на выходе системы.

Типы

Деполяризатор Корню

Деполяризатор Корню был одной из первых конструкций, названной в честь изобретателя Мари Альфреда Корню . Он состоит из пары 45-градусных призм из кристалла кварца , оптически контактирующих с образованием кубоида. расположены Быстрые оси на расстоянии 90° друг от друга и 45° от сторон деполяризатора (см. рисунок). Любой луч, попадающий в призму, эффективно проходит через две волновые пластины . Толщина этих волновых пластин и, следовательно, их замедление варьируются в зависимости от луча. Фазовый сдвиг определяется выражением ^[1]

$\delta (y)={\frac {2\pi }{\lambda }}[n_{2}-n_{1}](2y-a).$

Для входного луча с однородной поляризацией выходная поляризация будет периодической по $y$ . Фазовый сдвиг также зависит от длины волны из-за дисперсии .

Использование двух призм означает, что выходной сигнал практически соосен входному. На границе призм преломление действительно происходит, поскольку показателями преломления происходит обмен . Таким образом, происходит некоторое разделение компонентов выходного пучка.

Сегодня это устройство широко не используется, но аналогичные конструкции имеются в продаже.

Деполяризатор Лио

Деполяризатор Лио — еще одна ранняя конструкция. Его изобрел Бернар Лио . Он состоит из двух волновых пластин, быстрые оси которых расположены на расстоянии 45° друг от друга, причем вторая пластина в два раза толще первой. Выходной сигнал является периодическим в зависимости от длины волны и толщины волновых пластин. Когда этот деполяризатор будет использоваться для конкретного применения, необходимы особые соображения, поскольку оптимальная толщина волновой пластины зависит от длины волны сигнала и оптического спектра, с которым он будет использоваться. Он коммерчески доступен для широкополосных видимых приложений.

нужной длины, два куска сохраняющего поляризацию оптического волокна Это устройство особенно привлекательно в волоконной оптике, где вместо волновых пластин используются сращенные вместе под углом 45°, поэтому никаких других компонентов, таких как светоделители, не требуется.

Клиновой деполяризатор

Кварц-кремнезем

Клиновой деполяризатор кварц-кремнезем представляет собой распространенную коммерческую конструкцию и похож на деполяризатор Корню, однако угол между двумя компонентами намного меньше (типично 2 °), и только первый компонент является двулучепреломляющим . Второй компонент изготовлен из плавленого кварца , который имеет показатель преломления, очень похожий на кварц, но не обладает двойным лучепреломлением. Быстрая ось кварцевого элемента обычно расположена под углом 45° к клину. В целом устройство гораздо компактнее деполяризатора Корню (при той же апертуре).

Как и в случае с деполяризатором Корню, существует некоторое разделение выходного сигнала в зависимости от поляризации, а также некоторое отклонение луча из-за несовершенного согласования показателей преломления кварца и кремнезема. Выходной сигнал является периодическим на деполяризаторе. Поскольку угол клина намного меньше, чем в деполяризаторе Корню, период больше, часто около 6 мм . Этот деполяризатор также имеет предпочтительную ориентацию из-за его единственной определенной быстрой оси. В коммерческих клиновых деполяризаторах это обычно отмечается.

Кварц-кварц

Кварцево-кварцевые клиновые деполяризаторы имеются в продаже, но не распространены. Они подобны деполяризаторам Корню, но с небольшим углом клина, компенсированного кремнеземом.

Вместо кварца в вышеуказанных конструкциях можно использовать другие двулучепреломляющие материалы.

Клиновые деполяризаторы демонстрируют небольшое отклонение луча. Это верно, даже если грани оптики точно параллельны. Поскольку каждая половина оптики представляет собой клин, а две половины имеют разный показатель преломления (для определенной поляризации), деполяризатор фактически очень слегка заклинивает (оптически).

Изменяемый во времени деполяризатор

Деполяризатор Лио и подобные устройства основаны на том факте, что замедление оптических волновых пластинок или замедлителей зависит от оптической частоты или длины волны. Они вызывают дисперсию мод поляризации, которая может быть вредной. Более того, их нельзя использовать для (квази)монохроматических сигналов. Для последнего необходимы изменяемые во времени деполяризаторы. Они состоят из изменяемых во времени оптических замедлителей. Эффективным способом реализации изменяющихся во времени деполяризаторов являются вращающиеся волновые пластинки или эквивалентные оптические устройства.

Вращающаяся полуволновая пластинка создает периодическую во времени поляризацию и, следовательно, эффективно перемешивает ее для получения достаточно медленных откликов. Его входная поляризация должна быть линейной. Результирующая выходная поляризация представляет собой вращающуюся линейную поляризацию . Аналогично, круговую поляризацию можно деполяризовать с помощью вращающейся четвертьволновой пластинки . Поляризация выхода снова линейная. Если полуволновая и четвертьволновая пластинки объединены и вращаются с разной скоростью, любая входная поляризация деполяризуется. Если волновые пластины не идеальны, увеличение количества вращающихся волновых пластин может улучшить производительность. ^[2] Такие поляризационно-независимые деполяризаторы, основанные на электрооптических вращающихся волновых пластинах, коммерчески доступны с интервалами деполяризации до 360 нс .

Другие способы получения деполяризованного света

Во многих приложениях можно использовать четвертьволновую пластинку для получения света с круговой поляризацией , но это возможно только для света ограниченного диапазона длин волн, который поляризован линейно изначально . Были продемонстрированы и другие методы, такие как использование ротаторов Фарадея и жидких кристаллов . ^[3] Также возможно деполяризовать свет с помощью оптоволокна . Сравнительно высокая степень деполяризации достигается и при прохождении света через обычные полупрозрачные материалы, такие как матовый пластик или промасленная бумага.

См. также

Ссылки

^ Норман Ходжсон, Хорст Вебер (2005). Лазерные резонаторы и распространение луча: основы, передовые концепции и приложения (второе изд.). Спрингер. п. Глава 3. ISBN 978-0-387-40078-5 .
^ Ноэ, Рейнхольд; Кох, Бенджамин (25 января 2019 г.). «Пределы точности поляризационно-независимых оптических деполяризаторов на основе вращающихся волновых пластин». arXiv : 1901.08838 [ eess.SP ].
^ Диорио, Николас Дж.; Фиш, Майкл Р.; Уэст, Джон Л. (15 октября 2001 г.). «Наполненные жидкокристаллические деполяризаторы». Журнал прикладной физики . 90 (8). Издательство AIP: 3675–3678. Бибкод : 2001JAP....90.3675D . дои : 10.1063/1.1401799 . ISSN 0021-8979 .

Внешние ссылки

«Поляризационно-независимый деполяризатор и поляризационный скремблер 50 Мрад/с» . Новоптель.

[1] Норман Ходжсон, Хорст Вебер (2005). Лазерные резонаторы и распространение луча: основы, передовые концепции и приложения (второе изд.). Спрингер. п. Глава 3. ISBN 978-0-387-40078-5 .

[2] Ноэ, Рейнхольд; Кох, Бенджамин (25 января 2019 г.). «Пределы точности поляризационно-независимых оптических деполяризаторов на основе вращающихся волновых пластин». arXiv : 1901.08838 [ eess.SP ].

[3] Диорио, Николас Дж.; Фиш, Майкл Р.; Уэст, Джон Л. (15 октября 2001 г.). «Наполненные жидкокристаллические деполяризаторы». Журнал прикладной физики . 90 (8). Издательство AIP: 3675–3678. Бибкод : 2001JAP....90.3675D . дои : 10.1063/1.1401799 . ISSN 0021-8979 .

[1]

[2]

[3]