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偏振光栅

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产品说明
  • 液晶聚合物/N-BK7窗口片,三明治平片结构,无外壳,带切边
  • 液晶分子快轴取向沿x方向呈周期性连续渐变,λ/2延迟量
  • 可用于实现能量比例可调的二分束功能和光束扫描功能
  • 平板结构,偏振相关,高衍射效率
  • 工作波长λ:400-1550 nm可选,相位周期p:5 μm
  • 支持参数规格的灵活定制

     LBTEK 偏振光栅(Polarization Grating,PG)基于液晶聚合物双折射材料和N-BK7玻璃基底制成,呈现为“前后玻璃衬底+中间LCP功能膜层”的三明治结构,无外壳,带单侧切边。在LCP层中,液晶分子的快轴取向沿x方向呈现周期性连续渐变,其在整个器件平面上具有相同的 λ/2延迟量,为单波长器件。偏振光栅具有偏振相关的光学特性,根据入射光束偏振态的不同,可用于实现分束能量比可调的二分束效果,也可用于实现非机械式的光束扫描。相较于传统的光栅,偏振光栅引入了偏振调制功能;平板结构,无物理凹凸,易于集成;具有极低的零级占比和极高的衍射效率。LBTEK 提供工作波长λ在400-1550 nm间可选,光栅周期p为5 μm的偏振光栅标品,同时支持参数规格的灵活定制,以方便用户在不同应用场景下的多样化需求,详情请咨询LBTEK 技术支持。

示意图
通用参数
光学元件材质
液晶聚合物/N-BK7窗口片
透射波前差
<λ/4@633 nm
光学元件尺寸
Ø25.4×3.2 mm,单侧切边
入射角(AOI)
±20 °
通光孔径
Ø20 mm
延迟量
λ/2
工作温度
-20 ℃~80 ℃
延迟量精度及均匀性
±5 nm
表面光洁度(划痕/麻点)
40/20
相位周期p
5 μm
透射光偏转(未安装机械外壳)
<1 arcmin
线数
200
透射光偏转(已安装机械外壳)
<10 arcmin
衍射效率
>98 %

                 

 

说明:

1. Diffraction Efficiency VS Polarization Direction(PZGS-5-520 for Example)

曲线用于展示入射线偏振光偏振方向对光栅实测衍射效率的影响。在正入射条件下,使用二分之一波片调节入射光偏振方向:当偏振方向与光栅栅线方向垂直时,为0 °;当偏振方向与光栅栅线方向平行时,为90 °。偏振方向由0 °旋转至180 °,每改变10 °,则测量记录衍射效率一次。

2. Diffraction Efficiency VS Incident Angle(PZGS-5-520 for Example)

曲线用于展示光束入射角对光栅实测衍射效率的影响。在入射线偏振光偏振方向与光栅栅线方向垂直和平行两种条件下,分别改变入射角由-25 °至25 °,每改变5°,则测量记录衍射效率一次。

3. Diffraction Efficiency VS Polarization State(PZGS25-5-532 for Example)

曲线用于展示入射光偏振态对光栅实测衍射效率的影响。在正入射条件下,使用四分之一波片调节入射光偏振态:当偏振态为右旋圆偏振或右旋椭圆偏振时,椭偏度为45-0 °,带负号标识;当偏振态为线偏振时,椭偏度为0 °;当偏振态为左旋椭圆偏振或左旋圆偏振时,椭偏度为0-45 °。椭偏度为0 °时,又以“偏振方向与栅线方向垂直”和“偏振方向与栅线方向平行”做了两种情形下的区分。椭偏度每改变7.5 °,则测量记录衍射效率一次。

LBTEK 偏振光栅——技术说明

 

一、概述

LBTEK 偏振光栅(Polarization Grating,PG)基于液晶聚合物双折射材料和N-BK7玻璃基底制成,呈现为“前后玻璃衬底+中间LCP功能膜层”的三明治结构,无外壳,带单侧切边。

在LCP层中,液晶分子的快轴取向沿x方向呈现周期性连续渐变,其在整个器件平面上具有相同的 λ/2延迟量,为单波长器件。

偏振光栅具有偏振相关的光学特性,根据入射光束偏振态的不同,可用于实现分束能量比可调的二分束效果,也可用于实现非机械式的光束扫描。相较于传统的光栅,偏振光栅引入了偏振调制功能;平板结构,无物理凹凸,易于集成;具有极低的零级占比和极高的衍射效率。基于以上特点,偏振光栅在光信息传输、光传感和光探测、快速响应光学系统等应用方向有巨大的应用价值。

 

二、产品结构

LBTEK 偏振光栅基于N-BK7玻璃基底和液晶聚合物双折射材料,通过光控取向工艺制成,呈现为“前后玻璃衬底+中间LCP功能膜层”的三明治结构,带单侧2 mm切边,切边与栅线平行。标识信息如下——

  • 在偏振光栅元件侧面,用黑色箭头标注了正确的入射方向;
  • 当光束按照规定的入射方向经过偏振光栅后,向切边一侧偏转的光束为左旋圆偏振光,向切边另一侧偏转的光束为右旋圆偏振光。

图1 LBTEK 偏振光栅产品结构

三、光学特性

1. 偏振相关的二分束特性

LBTEK 偏振光栅是一种根据入射光偏振态的不同实现选择性分光的元件。当相应工作波长的光入射时,入射光中左、右旋圆偏振态分量的占比可影响±1级出射光的能量分布——

  • 当入射光为右旋圆偏振光时,出射光为向切边一侧偏转的+1级左旋圆偏振光;
  • 当入射光为左旋圆偏振光时,出射光为向切边另一侧偏转的-1级右旋圆偏振光;

图2 偏振相关的二分束特性

  • 当入射光为线偏振光时,由于线偏振光可看作两束能量相等的右旋和左旋圆偏振光,因此出射光为±1级能量比近似为1:1的左旋和右旋圆偏振光。

2. 色散特性

基于光栅衍射公式(详见参数说明—光栅相位周期及出射光偏转角度),当宽谱光源入射至偏振光栅时,对于光束中的不同波组分, 波长越大,则出射后偏转角度越大,便产生了色散效果,且光栅的相位周期越小,色散效果越明显。

图3 偏振光栅的色散特性

但由于偏振光栅为单波长器件,与工作波长差距较大的波长组分的衍射效率会显著降低(详见参数说明—衍射效率),因此该特性仅适用于对衍射效率要求不高的场景中。

 

四、参数说明

1. 光栅相位周期及出射光偏转角度

在分束级次为±1,光栅常数为1的前提下,偏振光栅的出射光偏转角度θ(在二分束场景下,为分束角的半角)受光栅相位周期p和入射光波长λ的共同影响,具体遵循——

实际测量可参考以下方法和计算式——

图4 出射光偏转角度测量示意图

式中,L为光栅到投影面的距离,D为±1级光斑之间的距离。

2. 衍射效率

偏振光栅的衍射效率η被定义为——

其中,I1和I-1分别为±1级出射光功率,In为其他各无效级次出射光功率。

实际测量中,由于入射光偏振态对偏振光栅的衍射效率会产生一定影响,因此会依照以下光路进行衍射效率测量——

图5 衍射效率测量示意图

  • 在偏振光栅前放置对应工作波长的二分之一波片,转动二分之一波片,使入射线偏振光的偏振方向由0 °旋转至180 °,每转动10 °测量其各级出射光功率并计算得到衍射效率;
  • 在偏振光栅前以适当快轴角度(与入射线偏振光偏振方向呈±45 °)放置对应工作波长的四分之一波片,使入射至偏振光栅的光束为左旋圆偏振光或右旋圆偏振光,分别测量其各级出射光功率并计算得到衍射效率。

LBTEK 偏振光栅确保以上测量条件下衍射效率始终>98 %。

3. 损伤阈值

基于LCP材料的短波强吸收特性,偏振光栅的工作波长越大,其损伤阈值会有所增加。经实测,LBTEK 偏振光栅的损伤阈值参考值(线功率密度)为:

  • 5 W/cm(CW,@450 nm);
  • 100 W/cm(CW,@532 nm);
  • 1000 W/cm(CW,@1064 nm)。

对于皮秒、飞秒激光光源,损伤阈值参考值为5 mJ(入射光尺寸约为Ø6 mm)。

LBTEK 偏振光栅——应用案例

 

1. 光学边缘检测系统

大周期的偏振光栅可与4F光学系统相结合,用作光学边缘检测系统。光束经过镂空轮廓和起偏器后,变为携带边缘信息的线偏振光,然后经过处于4F系统中的大周期偏振光栅,利用其小衍射角特点和对光束偏振态的调制特性,得到了分束角极小的一束左旋圆偏振光和一束右旋圆偏振光。两光束叠加部分可近似看作均匀的线偏振光,可被检偏器过滤,即得到了镂空轮廓的边缘信息。该方法保留了广谱适用性,且液晶偏振光栅的低成本、易批量生产特点使该边缘检测机制的实际应用成为可能。

图1 光学边缘检测系统

2. 激光散斑抑制系统

LBTEK 偏振光栅还可用于激光散斑抑制系统。受外部电信号控制的液晶可变延迟器通过两种延迟量之间的迅速切换,使出射光偏振态随之在左旋圆偏振态和右旋圆偏振态之间交替变化。偏振态高频切换的光束入射至偏振光栅,由于偏振光栅偏振相关的二分束特性,其输出光会在±1级之间进行高频切换。将两束输出光通过透镜耦合至光纤中传输,后经过匀光照射至MASK上,并通过透镜成像。由于两幅图像的高频切换状态和人眼的视觉暂留特性,激光成像过程中的散斑得以消除,得到了更高的成像质量。

图2 激光散斑抑制系统

LBTEK 偏振光栅——定制能力

 

LBTEK偏振光栅除现有标品外,另提供各项参数规格的灵活定制:

 

图1 Ø100 mm口径的偏振光栅成品

 

 

图2 完成镀膜后的Ø160 mm口径偏振光栅

 

偏振光栅定制参数表
项目 范围
外观形态 机械外壳

有/无;

SM05/SM1/SM2透镜套筒/其他定制外壳

玻璃基片

有/无保护玻璃;

N-BK7/UVFS/其它材质

尺寸规格 基片几何形状 支持多种异形切割(如圆形、多边形)
基片尺寸 5-160 mm(边长或直径规格)
通光孔径 ≤90 %×基片内接圆直径
光学参数 相位周期p 2-100 μm
工作波长λ

400-1650 nm

增透膜

Ravg<0.5 %@400-700 nm;

Ravg<0.5 %@700-1100 nm;

Ravg<0.5 %@1100-1650 nm;

用户自定义增透膜

衍射效率

可做到>99 %

若您需要的参数不在上表覆盖范围内,欢迎联系LBTEK技术支持详询!

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偏振光栅,相位周期5 μm
  • 通光孔径:Ø20 mm,工作波长λ:400-1650 nm可选,相位周期p:5 μm
  • 偏振相关的二分束特性
  • 光束偏转角随波长增大而增大
  • 衍射效率>98 %

LBTEK 5 μm偏振光栅的通光孔径为Ø20 mm,工作波长在400-1650 nm之间可选。根据入射光偏振态的不同,可用于实现比例可调的二分束效果及光束扫描效果。在相同的相位周期下,不同工作波长的偏振光栅在相应波长的入射光条件下具有不同的光束偏转角。该分组下产品均可保证衍射效率>98 %。

偏振光栅在线偏振光下形貌
产品型号 相位周期p 工作波长λ 通光孔径 对比 单价 发货日期 购物车
PZGS25-5-488 5 μm 488 nm Ø20 mm
¥9000 当天
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PZGS25-5-532 5 μm 532 nm Ø20 mm
¥9000 当天
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PZGS25-5-633 5 μm 633 nm Ø20 mm
¥9000 当天
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PZGS25-5-780 5 μm 780 nm Ø20 mm
¥9000 当天
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PZGS25-5-850 5 μm 850 nm Ø20 mm
¥9000 2周
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PZGS25-5-980 5 μm 980 nm Ø20 mm
¥9000 当天
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PZGS25-5-1064 5 μm 1064 nm Ø20 mm
¥9000 当天
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PZGS25-5-1550 5 μm 1550 nm Ø20 mm
¥9000 2周
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偏振光栅,相位周期5 μm,未粘贴保护玻璃
  • 通光孔径:Ø20 mm,工作波长λ:520、850 nm,相位周期p:5 μm
  • 偏振相关的二分束特性
  • 光束偏转角随波长增大而增大
  • 未粘贴保护玻璃,无切边,衍射效率>96 %

LBTEK 5 μm无保护玻璃偏振光栅的通光孔径为Ø20 mm,工作波长有520、850 nm两种。根据入射光偏振态的不同,可用于实现比例可调的二分束效果及光束扫描效果。在相同的相位周期下,不同工作波长的偏振光栅在相应波长的入射光条件下具有不同的光束偏转角。两款产品均未粘贴保护玻璃,在元件侧面用箭头标注了正确的入射方向。该分组下产品均可保证衍射效率>96 %。

偏振光栅在线偏振光下形貌
产品型号 相位周期p 工作波长λ 通光孔径 对比 单价 发货日期 购物车
PZGS-5-520 5 μm 520 nm Ø20 mm
¥9000 当天
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PZGS-5-850 5 μm 850 nm Ø20 mm
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