AQWP25 - ахроматические четвертьволновые пластины

AQWP25 - ахроматические четвертьволновые пластины в оправе с апертурой 21,5 мм, линейными размерами Ø25,4×3,0 и величиной задержки λ/4.

1. Общее описание

Полимерная ахроматическая четвертьволновая пластина AQWP25 изготовлена из стеклянной подложки N-BK7 и жидкокристаллического полимера (ЖКП): три слоя пластин нулевого порядка расположены под определённым углом. Ориентация молекул жидкого кристалла в слое ЖКП совпадает с направлением быстрой оси. Слои накладываются друг на друга под заданным углом таким образом, чтобы создать общую ориентацию быстрой оси ахроматической волновой пластины. Общая величина задержки регулируется путём управления толщиной плёнки и относительным углом быстрой оси каждого слоя ЖКП.

Полимерные ахроматические четвертьволновые пластины предназначены для преобразования линейно поляризованного света в свет круговой поляризации. Они демонстрируют характеристики, близкие к параметрам четвертьволновых пластин нулевого порядка, позволяют использовать широкие углы падения света и обладают низкой чувствительностью к изменению длины волны и температуры. В отличие от обычных одноволновых волновых пластин, эти пластины не ограничены определенной рабочей длиной волны и могут изменять состояние поляризации света в пределах целого диапазона длин волн. По сравнению с ахроматическими волновыми пластинами из других материалов, они позволяют регулировать  длину волны, размер и форму подложки, а также обеспечивают возможность использования различных сверхбольших апертур. Таким образом, полимерные ахроматические волновые пластины имеют широкие перспективы применения в сложных приборах физической оптики, работающих в нескольких диапазонах длин волн и в широком спектре, таких как микроскопы со структурированной подсветкой и телескопы для измерения магнитного поля Солнца.

2. Внешний вид и конструкция

Полимерная ахроматическая четвертьволновая пластина диаметром 1 дюйм устанавливается в стандартный корпус SM1. На его поверхность нанесена маркировка модели изделия, значения коэффициента замедления и применимого диапазона. Линии на торце корпуса совпадают с направлением быстрой оси волновой пластины, что позволяет пользователям быстро определять параметры изделия, отлаживать компоненты и использовать их в оптической системе. 

3. Принцип действия

Принцип действия жидкокристаллических полимерных волновых пластин основан на эффекте двулучепреломления жидкокристаллических полимеров (ЖКП). Падающий свет проходит через волновую пластину и формирует два преломленных луча (o-луч и e-луч). Разные показатели преломления этих двух лучей создают разность фаз, тем самым изменяя направление или состояние поляризации падающего света. Согласно формуле δ = 2πΔnd/λ, при постоянной разности показателей преломления Δn (Δn = n_o-n_e) для одного и того же материала и постоянной толщине ЖКП-пленки d фазовая задержка будет различной на разных длинах волн, что делает обычные волновые пластины непригодными для приложений с широким спектральным диапазоном. Поэтому для использования на широкой полосе длин волн более подходящими являются ахроматические волновые пластины из жидкокристаллических полимеров.

Условия создания ахроматической волновой пластины из одного и того же двулучепреломляющего материала следующие: 

1. Используется нечетное количество волновых пластин;

2.  фазовая задержка центральной волновой пластины на центральной длине волны равна π; 

 3. задержка волновых пластин по обе стороны от центральной волновой пластины выровнена по направлению быстрой оси, при этом с центральная волновая пластина выступает в качестве оси симметрии.

Основываясь на этом принципе, жидкокристаллические полимерные ахроматические волновые пластины LBTEK изготавливаются из трех слоев жидкокристаллических полимерных волновых пластин, расположенных под определенным углом. Быстрые оси молекул жидкого кристалла в верхнем и нижнем слоях направлены в одну сторону, в то время как быстрые оси молекул жидкого кристалла в среднем слое отклонены на определенный угол. Управляя величиной задержки каждого слоя пленки и углом отклонения быстрой оси центрального слоя, можно добиться ахроматизма в требуемой полосе.

Принципиальная схема строения полимерной ахроматической волновой пластины

4. Принцип изменения поляризации

Полимерные ахроматические четвертьволновые пластины (AQWP) обычно используются для преобразования линейно поляризованного света в определённом диапазоне длин волн в циркулярно поляризованный. Их принцип действия идентичен принципу действия обычных четвертьволновых пластин: при падении линейно поляризованного света сонаправленно с быстрой осью пластины выходящий свет после прохождения через AQWP остаётся линейно поляризованным. Однако при падении линейно поляризованного света под углом к быстрой оси пластины выходящий свет после прохождения через AQWP становится эллиптически поляризованным.

Схема изменения состояния поляризации полимерной ахроматической четвертьволновой пластиной

Для обеспечения оптимальной точности и производительности затухания пластина используется при нормальном падении.

При отклонении падающего света от нормали толщина пленки, на которую попадает свет, будет отличной от расчетной, что приведет к изменению параметров затухания. Погрешность затухания волновой пластины находится в допустимом диапазоне для падающего света под углами ±15°к нормали.