Деполяризатор (оптика) - Depolarizer (optics)

А деполяризатор или деполяризатор это оптическое устройство, используемое для шифрования поляризация света. Идеальный деполяризатор будет выдавать случайно поляризованный свет независимо от его входа, но все практические деполяризаторы производят псевдослучайную выходную поляризацию.

Оптические системы часто чувствительны к поляризации достигающего их света (например, решетка -на основании спектрометры ). Нежелательная поляризация входа в такую систему может вызвать ошибки в выходе системы.

Типы

Деполяризатор Корню

Деполяризатор Корню

Деполяризатор Корню был одним из самых ранних проектов, названных в честь его изобретателя. Мари Альфред Корню. Он состоит из пары призм 45 ° Кристалл кварца, оптический контакт чтобы образовать кубоид. В быстрые топоры расположены на 90 ° друг от друга и на 45 ° от сторон деполяризатора (см. рисунок). Любой луч, попадающий в призму, эффективно проходит через два волновые пластины. Толщина этих волновых пластин и, следовательно, их задержка меняется в зависимости от луча. Сдвиг фазы определяется выражением^[1]

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

Для входного пучка с однородной поляризацией выходная поляризация будет периодической по ${displaystyle y}$ . В сдвиг фазы также зависит от длина волны из-за разброс.

Использование двух призм означает, что выход по существу коаксиален входу. На границе между призмами имеет место преломление, поскольку показатели преломления обмениваются. Поэтому существует некоторое разделение компонентов выходного луча.

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

Деполяризатор Лио

Деполяризатор Лио

Деполяризатор Лио - еще одна ранняя разработка. Это было изобретено Бернар Лиот. Он состоит из двух волновых пластин, быстрые оси которых разнесены на 45 °, причем вторая пластина вдвое толще первой. Выходной сигнал является периодическим в зависимости от длины волны и толщины волновых пластин. Особые соображения необходимы, когда этот деполяризатор должен использоваться для конкретного приложения, поскольку оптимальная толщина волновой пластины зависит от длины волны сигнала и оптического спектра, с которым он должен использоваться. Он коммерчески доступен для широкополосных видимых приложений.

Это устройство особенно привлекательно в волоконной оптике, где два отрезка правильной длины оптическое волокно с сохранением поляризации соединенные вместе под углом 45 °, используются вместо волновых пластин, поэтому другие компоненты, такие как светоделители являются обязательными.

Клиновой деполяризатор

Кварц-кремнезем

Клин-кварцевый деполяризатор

Клин-кварцевый деполяризатор представляет собой обычную коммерческую конструкцию и похож на деполяризатор Корню, однако угол между двумя компонентами намного меньше (обычно 2 °), и только первый компонент является двулучепреломляющий. Второй компонент сделан из плавленый кварц, который имеет очень похожий показатель преломления с кварцем, но не обладает двойным лучепреломлением. Быстрая ось кварцевого элемента обычно находится под углом 45 ° к клину. В целом устройство намного компактнее деполяризатора Корню (при той же апертуре).

Как и в случае с деполяризатором Корню, имеется некоторое разделение выходного сигнала в зависимости от поляризации, а также некоторое отклонение луча из-за несовпадения показателей преломления кварца и кремнезема. Выходной сигнал через деполяризатор периодический. 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

Кварц-кварцевые клиновые деполяризаторы коммерчески доступны, хотя и не распространены. Они аналогичны деполяризаторам Корню, но с небольшим углом клина с компенсацией диоксида кремния.

В вышеуказанных конструкциях вместо кварца могут использоваться другие материалы с двойным лучепреломлением.

Клиновые деполяризаторы демонстрируют небольшое отклонение луча. Это верно, даже если грани оптики точно параллельны. Поскольку каждая половина оптического элемента представляет собой клин, а две половины не имеют точно такого же показателя преломления (для определенной поляризации), деполяризатор фактически очень немного заклинивает (оптически).

Деполяризатор переменной времени

Деполяризатор Лио и аналогичные устройства основаны на том, что задержки оптических волновые пластины или замедлители схватывания зависят от оптической частоты или длины волны. Они вызывают поляризационная модовая дисперсия что может быть вредным. Кроме того, они не могут использоваться для (квази) монохроматических сигналов. Для последнего необходимы деполяризаторы с переменной временем. Они состоят из оптических замедлителей, регулируемых во времени. Эффективный способ реализовать деполяризаторы с переменной временем - вращающиеся волновые пластины или эквивалентные оптические устройства.

Вращающийся полуволновая пластина создает периодическую во времени поляризацию и, следовательно, эффективно скремблирует для достаточно медленных ответов. Его входная поляризация должна быть линейной. Результирующая выходная поляризация вращается линейная поляризация. Точно так же круговая поляризация может быть деполяризован вращающимся четвертьволновая пластина. Выходная поляризация снова линейная. Если полуволновая и четвертьволновая пластинки соединяются и вращаются с разными скоростями, любая входная поляризация деполяризуется. Если волновые пластины не идеальны, большее количество 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 (см. Внешнюю ссылку).

Другие способы получения деполяризованного света

Во многих приложениях можно использовать четвертьволновая пластинка производить круговой поляризованный свет, но это возможно только для света ограниченного диапазона длин волн, который линейно поляризованный начать с. Были продемонстрированы и другие методы, такие как использование Вращатели Фарадея и жидкие кристаллы.^[3] Также возможно деполяризовать свет с помощью волоконная оптика.

Смотрите также

использованная литература

^ Норман Ходжсон, Хорст Вебер. Лазерные резонаторы и распространение луча: основы, передовые концепции и приложения (Второе изд.). Springer. п. Глава 3. ISBN 978-0-387-40078-5.
^ «Пределы точности не зависящих от поляризации оптических деполяризаторов на основе вращающихся волновых пластин», Райнхольд Ноэ, Бенджамин Кох, 25 января 2019 г., https://arxiv.org/abs/1901.08838
^ Диорио, Николас Дж .; Фиш, Майкл Р .; Уэст, Джон Л. (2001-10-15). «Заполненные жидкокристаллические деполяризаторы». Журнал прикладной физики. Издательство AIP. 90 (8): 3675–3678. Дои:10.1063/1.1401799. ISSN 0021-8979.

внешние ссылки

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

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

[2] «Пределы точности не зависящих от поляризации оптических деполяризаторов на основе вращающихся волновых пластин», Райнхольд Ноэ, Бенджамин Кох, 25 января 2019 г., https://arxiv.org/abs/1901.08838

[3] Диорио, Николас Дж .; Фиш, Майкл Р .; Уэст, Джон Л. (2001-10-15). «Заполненные жидкокристаллические деполяризаторы». Журнал прикладной физики. Издательство AIP. 90 (8): 3675–3678. Дои:10.1063/1.1401799. ISSN 0021-8979.

[1]

[2]

[3]