QWP13 - четвертьволновые пластины нулевого порядка без оправы

Полимерные четвертьволновые пластины нулевого порядка QWP13 без оправы изготавливаются на основе стеклянной подложки N-BK7 и жидкокристаллических полимеров (Liquid Crystal Polymers, LCP). Путем точного контроля толщины полимерной пленки с жидкими кристаллами достигается точный фазовый сдвиг π/2 между обыкновенным лучом (o-луч, перпендикулярный оптической оси) и необыкновенным лучом (e-луч, параллельный оптической оси), проходящими через кристалл, обеспечивая задержку величиной λ/4. Пластина имеет сэндвичевую структуру и устанавливается в стандартную оправу для линз. Быстрая ось молекул жидких кристаллов в LCP-слое ориентирована одинаково, обеспечивая одинаковую задержку λ/4 по всей площади устройства.

Полимерные четвертьволновые пластины нулевого порядка используются для преобразования линейно поляризованного света. По сравнению с многопорядковыми пластинами, они имеют больший угол падения, более высокую стабильность и меньшую зависимость от длины волны. По сравнению с кварцевыми пластинами, они проще в изготовлении и позволяют создавать компоненты с большими апертурами.

1. Внешний вид компонента.

Полимерная четвертьволновая пластина нулевого порядка QWP13 представляет собой “сэндвич” структуру: две стеклянные N-BK7 подложки, между ними жидкокристаллический полимерный слой. Волновые пластины без оправы имеют D-образный срез, параллельный быстрой оси, что позволяет легко установить параметры продукта и упрощают интеграцию компонента в оптическую систему.

2. Характеристики модуляции поляризации.

Полимерные четвертьволновые пластины нулевого порядка используются для преобразования линейно поляризованного света в свет с круговой поляризацией. При падении линейно поляризованного света на пластину таким образом, что его поляризация совпадает с быстрой осью четвертьволновой пластины, то выходящий свет остается линейно поляризованным. Если же свет падает на пластину под углом к быстрой оси, выходящий свет становится эллиптически поляризованным. В частном случае быстрая ось пластины находится под углом 45° к направлению линейной поляризации падающего света. Тогда если направление поляризации падающего луча направлено под углом 0° по горизонтали, исходящий свет будет иметь правую круговую поляризацию; если направление поляризации падающего луча направлено под углом 90° по вертикали, исходящий свет имеет левую круговую поляризацию.

              
Схема изменения поляризации линейно поляризованного света при прохождении через четвертьволновую пластину нулевого порядка

3. Описание параметров компонента.

Угол падения.

Принцип действия полимерных четвертьволновых пластин нулевого порядка основывается на задержке λ/4, создаваемой двулучепреломляющим LCP-слоем по всей площади пластины. При этом возникает разность хода обыкновенного (o-луча) и необыкновенного (e-луча).

• Для обеспечения наилучшей точности задержки и рабочих характеристик рекомендуется использовать пластину при нормальном падении света (падение под углом 0 градусов к нормали).

• При падении света под углом, отличном от нормального, меняется длина оптического пути света через пластину, что приводит к изменению величины задержки. Экспериментальные данные показали, что при падении света в диапазоне ±15° от нормали погрешность задержки пластины остается в допустимых пределах.

Порог повреждения.

Вследствие сильного поглощения LCP-материалом волн коротковолновой области спектра, порог повреждения полимерных пластин увеличивается с увеличением рабочей длины волны. Ориентировочные значения порога повреждения для полимерных четвертьволновых пластин нулевого порядка QWP13:

• 2 Дж/см² при 532 нм, 10 нс, 10 Гц.

• 10 Дж/см² при 1064 нм, 10 нс, 10 Гц.

Примеры применения четвертьволновой полимерной пластины

1. Круговой поляризатор.

Для создания кругового поляризатора полимерную четвертьволновую пластину можно использовать в комбинации с линейным поляризатором. Принцип работы: лазерный луч, проходя через линейный поляризатор, приобретает линейную поляризацию. После прохождения через четвертьволновую пластину интенсивность света остается прежней, а состояние поляризации определяется углом между направлением поляризации, заданным линейным поляризатором, и быстрой осью четвертьволновой пластины. Если угол между быстрой осью пластины и осью поляризатора составляет +45°, на выходе получим право-вращающий круговой поляризованный свет. Если угол составляет -45°, на выходе получается лево-вращающий круговой поляризованный свет, что соответствует левому круговому поляризатору.

Схема использования четвертьволновой пластины для создания кругового поляризатора

2. Оптический аттенюатор.

Сочетание "четвертьволновая пластина + линейный поляризатор" подойдет и для создания оптического аттенюатора. Принцип работы: лазерный луч, проходя через поляризатор, обретает линейную поляризацию. После прохождения через четвертьволновую пластину линейно поляризованный свет преобразуется в эллиптически поляризованный. Он, в свою очередь, проходит через анализатор, что приводит к ослаблению интенсивности света. Степень ослабления интенсивности зависит от состояния поляризации света, падающего на анализатор.

Схема использования четвертьволновой пластины для создания оптического аттенюатора

3. Оптический изолятор.

Для создания оптического изолятора свободного пространства полимерную четвертьволновую пластину можно использовать в сочетании с поляризационным кубом (PBS, Polarizing Beam Splitter). Принцип работы: лазерный луч падает перпендикулярно на поляризационный куб. Прошедший через него насквозь свет приобретает горизонтальную линейную поляризацию (P-поляризация), а отраженный свет - вертикальную поляризацию (S-поляризация). Прошедший через поляризационный куб свет преобразуется четвертьволновой пластиной в право- или лево-вращающийся с круговой поляризацией. Отраженный обратно свет, проходя через четвертьволновую пластину, преобразуется в вертикально поляризованный свет (S-поляризация). S-поляризованный свет отражается поляризационным кубом в другом направлении.

Схема использования четвертьволновой пластины для создания оптического изолятора