Polarisatoren sind optische Elemente, um entweder eine bestimmte lineare Polarisationskomponente eines Lichtstrahls herauszufiltern oder um die beiden linearen Polarisationskomponenten in zwei getrennte Strahlen zu trennen.
Die Wahl der Technologie hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab. Unter „Auswahlhife“ finden Sie die verschiedenen Faktoren, die die Auswahl beeinflussen.
Zögern Sie nicht, uns um Rat zu bitten . Unser erfahrenes Personal wird Ihnen gern bei Ihrem Entscheidungsprozess behilflich sein.
Welchen Polarisator benötige ich für meine Anwendung?
| wdt_ID | wdt_created_by | wdt_erstellt_bei | wdt_zuletzt_bearbeitet_von | wdt_zuletzt_bearbeitet_um | Typ | Preis | Belastbarkeit | Winkeltoleranz | Dicke | Anzahl der Outputs | Trennwinkel | Optische Qualität (Wellenfrontverzerrung) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Benjamin | 21/04/2026 13:32 | Benjamin | 21/04/2026 13:32 | Dichroitische Folienpolarisatoren | gering | niedrig aufgrund von Absorption | Sehr weit | Sehr dünn (folie) oder dünn (glas-sandwich) | Eins (“Filter”) | n.a. | Schlecht, wenn nicht zwischen Fenstern montiert (Sandwich) |
| 2 | Benjamin | 21/04/2026 13:32 | Benjamin | 21/04/2026 13:32 | Dielektrisch | mittel | niedrig (verkittet) oder hoch (optisch kontaktiert) | sehr gering bis gering | Dicke=gleich der Breite der Einfallsebene | Zwei (“Strahlteiler”) | 90° | Sehr gut |
| 3 | Benjamin | 21/04/2026 13:32 | Benjamin | 21/04/2026 13:32 | Kristall (Brechungswinkeltypen)¹ | hoch | niedrig (verkittet) oder hoch (optisch kontaktiert) | gering | dick bis sehr dick | Zwei (“Strahlteiler”) | 1° bis 20° abhängig vom Typ und Material | Gut bis sehr gut |
| 4 | Benjamin | 21/04/2026 13:32 | Benjamin | 21/04/2026 13:32 | Kristall (TIR Typen)² | hoch | niedrig (verkittet) oder hoch (optisch kontaktiert oder luftspalt) | gering bis mittel | dick bis sehr dick | Eins (“Filter”) | n.a. | Gut bis sehr gut |
Detaillierte Beschreibung der Polarisatortypen
Dichroitische Polymerfolien-Polarisatoren nutzen eine ausgerichtete Struktur, die in eine geeignete Matrix eingebettet ist. Für den sichtbaren Wellenlängenbereich besteht die ausgerichtete Struktur in der Regel aus langen Polymermolekülen – die gleichzeitig als Matrix dienen. Im Infrarotbereich bilden längliche Mikrokristalle die ausgerichtete Struktur und sind in eine geeignete Glasmatrix eingebettet.
Das Funktionsprinzip ist wie folgt: Das elektrische Feld des auf die Moleküle oder Mikrokristalle auftreffenden Lichtstrahls regt eine Schwingung der Elektronen innerhalb der ausgerichteten Struktur an. Dadurch wird die Energie der Lichtwelle erschöpft, wodurch die Leistung des Lichtstrahls gedämpft wird. Die Dämpfung ist am stärksten für den elektrischen Feldvektor parallel zur ausgerichteten Struktur. Daher überträgt diese Optik die Polarisationskomponente senkrecht zur Ausrichtungsrichtung der Strukturen. Diese Art von Polarisator ist daher ein Polarisationsfilter, da nur eine Komponente durchgelassen und die andere absorbiert wird.
Da dichroitische Polymerfolien-Polarisatoren auf Absorption beruhen, eignen sie sich nur für geringe Leistungen, typischerweise im mW-Bereich. Typische Polarisationsextinktionsverhältnisse (PER oder Kontrast) liegen im sichtbaren Bereich zwischen 1.000 und 10.000 und im IR-Bereich zwischen 1.000 und 100.000. Der Akzeptanzwinkel kann sehr groß sein, d. h. der Einfallswinkel des Lichtstrahls auf die Oberfläche des Polarisators kann sehr groß sein – nahezu bis zu 90°. Dies ist insbesondere für Nicht-Laser-Anwendungen von Bedeutung. Zudem können diese Polarisatoren recht großformatig sein.
Polymer-Folienpolarisatoren können in Flächen von vielen m² hergestellt werden. In einigen Fällen ist die Flexibilität von Polymerfolien nicht erwünscht. In diesen Fällen kann die Folie zwischen zwei Fenster geklebt werden, wodurch eine starre Optik mit viel geringerer Wellenfrontverzerrung entsteht.
Dielectric polarizers utilize the fact that the ratio of transmission to reflection of a light beam incident at an angle on an interface is dependant on the orientation of the linear component of polarization.
Betrachten Sie die geometrische Ebene, die durch die einfallenden und reflektierten Strahlen definiert wird, wenn ein Lichtstrahl unter einem nicht normalen Winkel auf eine Oberfläche auftrifft. Man definiert die lineare Polarisationskomponente, deren Polarisationsrichtung parallel zu dieser Ebene verläuft, als p-Polarisation.
Die Komponente, deren Polarisation senkrecht zu dieser Ebene verläuft, ist die s-Polarisation.
Die p-Polarisation wird vorzugsweise durchgelassen und die s-Polarisation wird vorzugsweise für alle nicht-normalen Einfallswinkel reflektiert. Bei einem speziellen Einfallswinkel, dem sogenannten Brewster-Winkel, ist die Transmission der p-Polarisation perfekt, was zu einer reinen s-Polarisation im reflektierten Strahl führt. Diese Technik wird in dielektrischen Plattenpolarisatoren verwendet, die eine hohe Belastbarkeit erfordern. Eine typische Anwendung ist die Güteschaltung von Festkörperlasern.
Bei anderen Einfallswinkeln ist die Reinheit der Polarisation nicht perfekt. Durch die Kaskadierung mehrerer Grenzflächen in unmittelbarer Nähe wird der Effekt jedoch vervielfacht. Eine relativ hohe Polarisationsreinheit kann bei einem nutzbaren Einfallswinkel von 45° und über einen relativ großen Winkelbereich von etwa 45° erreicht werden, was die Verwendung mit typischen Laserstrahlen ermöglicht. Dieser „Plattenstapel“ kann durch Beschichtung der Hypotenuse eines rechtwinkligen Prismas mit mehreren Schichten Dielektrikum mit wechselndem Brechungsindex hergestellt werden. Dieser dielektrische Stapel wird dann in einen Würfel eingeschlossen, indem ein zweites rechtwinkliges Prisma auf diese Oberfläche geklebt wird. Dadurch entsteht ein Würfelstrahlteiler, in dem der transmittierte Strahl p-polarisiert ist und nicht abgelenkt wird. Der reflektierte Strahl ist s-polarisiert und verlässt den Würfel im 90°-Winkel zum transmittierten Strahl.
Dielectric polarizers separate the two linear polarization components and both can be used. However, the purity of polarization is not equal. Good polarizing beamsplitter cubes (PBSC) will have a polarization extinction ratio of 1000-2000 in transmission and 100-200 in reflection. If the cube is cemented, it will be of lower cost, but cannot handle high optical powers. For high optical powers the quality of the optics and coatings must be higher and the two prisms must be optically contacted (without cement). Such beamsplitters can handle several Joules/cm² of optical energy density in 10ns pulses (typical pulse durations for Q-switched lasers). Due to the technical difficulties involved in optical contacting, high power cubes are limited in size to about 25mm maximum. Cemented cubes can be made much larger, but the price increases rapidly due to the lower yield in the coating chamber.
Eine klare Schwierigkeit bei diesem Polarisatortyp ist der Akzeptanzwinkel. Dies ist der Bereich von Winkeln um den Designeinfallswinkel, über den der Polarisator gemäß Spezifikation arbeitet. Typischerweise liegt dieser Wert bei etwa +/-2°. Artifex Engineering bietet diese Optiken mit einer besonders hohen Spezifikation von +/-5° an, was uns einen eindeutigen technischen Vorteil gegenüber anderen Anbietern verschaff
Eine weitere Überlegung ist die Dicke der Optik. Während dichroitische Polarisatoren dünne Bleche sein können, ist der polarisierende Strahlteilerwürfel konstruktionsbedingt nur so dick wie die Eingangsbreite in Richtung der Einfalls-/Reflektionsebene. Beachten Sie, dass der „Würfel“ eigentlich nicht kubisch sein muss: die Höhe (senkrecht zur Einfalls-/Reflexionsebene) kann jeden beliebigen Wert annehmen.
Crystal polarizers exploit the birefringence of certain crystals and the geometry of cutting the crystals to separate the two linear components of polarization.
Doppelbrechende Kristalle haben eine Symmetrierichtung, die als optische Achse bezeichnet wird. Die Brechungsindizes für die lineare Polarisation parallel zur optischen Achse („außerordentlicher Strahl“) und senkrecht dazu („gewöhnlicher Strahl“) sind unterschiedlich. Daher werden an einer Kristallgrenzfläche mit einem Einfallswinkel ungleich Null zur optischen Achse oder zur Grenzfläche die beiden Polarisationen unter unterschiedlichen Winkeln gebrochen, wodurch die beiden Strahlen getrennt werden. Diese Technik wird in den Ausführungen mit den Namen „Wollaston-Prisma“, „Rochon-Prisma“ und „beam displacing prisma“ verwendet. Bei allen diesen Polarisatortypen sind beide Polarisationskomponenten an den Ausgängen zugänglich und von hoher Polarisationsreinheit. Die Reinheit der Polarisation hängt im wesentlichen nur von der Qualität der verwendeten Kristalle ab. Typische Werte von 105-106 können erreicht werden. Bei Verwendung ausgewählter Kristalle sind auch bis zu 107 realisierbar.
A disadvantage of crystal polarizers is that the separation angle between the two beams is usually quite small. Depending on the design and the material of the crystal, this may be as little as 1° (quartz Rochon prism) or as high as 20° (YVO4 Wollaston prism).
Eine zweite Klasse von Kristallpolarisatoren arbeitet nach einem anderen physikalischen Prinzip. Durch geschickte Wahl der Ausrichtung der optischen Achsen und der Schnittwinkel zweier doppelbrechender Prismen, die sich berühren, kann eine Situation der totalen internen Reflexion (TIR) für die s-Polarisation erzwungen werden, während die p-Polarisation durch die Schnittstelle übertragen wird. Der übertragene Strahl ist daher rein p-polarisiert. Beachten Sie jedoch, dass der reflektierte Strahl sowohl die gesamte s-Polarisationskomponente als auch den reflektierten Teil der p-Polarisationskomponente enthält und daher kein rein polarisierter Strahl ist.
Es gibt verschiedene Designs, die sich in Orientierung und Schliff der Kristalle sowie in der Frage unterscheiden, ob die innere Grenzfläche verkittet oder luftbeabstandet ist. Die beliebtesten Typen sind „Glan Taylor“, „Glan Laser“, „Glan Thompson“, „Brewster“ (oder „Hochtransmission“) und „Foster“. Alle diese Polarisatortypen erreichen ähnliche Werte des Polarisationsextinktionsverhältnisses wie die Typen Wollaston usw. – aber nur im transmittierten Strahl, wie oben diskutiert. Der Vorteil dieser zweiten Klasse in Fällen, in denen nur ein Strahl verwendet wird, besteht darin, dass der unerwünschte Strahl eliminiert oder unter einem sehr großen Winkel reflektiert wird. Streng genommen sollte man sich diese Optiken als Polarisationsfilter vorstellen.
Der große Nachteil aller kristallartigen Polarisatoren ist ihre sperrige Größe und ihre Kosten. Bei Anwendungen, die eine hohe Polarisationsreinheit erfordern, sind Kristallpolarisatoren jedoch nicht zu schlagen. Ein typisches Beispiel hierfür ist die Ellipsometrie.
