ध्रुवीकृत ऑप्टिकल पथ डिज़ाइन का व्यापक विश्लेषण

घटक सिद्धांतों से लेकर जोन्स मैट्रिसेस तक, और विलुप्त होने के अनुपात नियंत्रण से लेकर तनाव-प्रेरित द्विअर्थीता तक - यह लेख ध्रुवीकरण ऑप्टिकल पथ डिजाइन के मूल तर्क को पूरी तरह से समझाता है।

ऑप्टिकल सिस्टम के साथ काम करने वाला कोई भी व्यक्ति जानता है कि ध्रुवीकरण एक 'मूक हत्यारा' है।

आपके सावधानीपूर्वक डिज़ाइन किए गए इमेजिंग सिस्टम में इसके विपरीत एक अकथनीय गिरावट आती है; आपका सावधानीपूर्वक संरेखित इंटरफेरोमीटर फ्रिंज उत्पन्न करता है जो बिल्कुल सही नहीं लगेगा; ध्रुवीकरण बताता है कि वास्तविक ऑप्टिकल पथ में एकीकृत होने के बाद आपके द्वारा निर्दिष्ट बदलाव पूरी तरह से हो जाता है - अधिकांशतः, ये मुद्दे ध्रुवीकरण से उत्पन्न होते हैं।

ज्यामितीय प्रकाशिकी के विपरीत, ध्रुवीकरण प्रकाशिकी 'आप जो देखते हैं वही आपको मिलता है' का मामला नहीं है। यह प्रकाश तरंगों की दोलन दिशा, प्रत्येक ग्लास तत्व के तनाव वितरण और यहां तक ​​कि आपके द्वारा आकस्मिक रूप से कसने वाले पेंच पर लगाए गए टॉर्क के भीतर छिपा होता है।

आज, हम ध्रुवीकरण ऑप्टिकल सिस्टम डिज़ाइन के चार मुख्य स्तंभों को व्यवस्थित रूप से तोड़ देंगे: ध्रुवीकरण घटकों के सिद्धांत और चयन, जोन्स मैट्रिक्स मॉडलिंग, विलुप्त होने अनुपात नियंत्रण, और तनाव-प्रेरित द्विभाजन का प्रभाव।

यह व्यावहारिक, हार्ड-कोर ज्ञान है जो सीधे इंजीनियरिंग अभ्यास पर लागू होता है।

ध्रुवीकरण ऑप्टिकल घटक: सिद्धांत और चयन

व्यवहार में, ध्रुवीकृत ऑप्टिकल पथ काफी सरल है।

ध्रुवीकृत ऑप्टिकल पथ के 'बिल्डिंग ब्लॉक्स' में केवल चार घटक होते हैं: रैखिक ध्रुवीकरणकर्ता, क्वार्टर-वेव प्लेट्स, हाफ-वेव प्लेट्स, और ध्रुवीकरण बीम स्प्लिटर्स (पीबीएस)। सही चुनें, और सिस्टम का प्रदर्शन दोगुना हो जाएगा; ग़लत चुनें, और आगे चलकर आपको अनेक नुकसानों का सामना करना पड़ेगा।

आइए एक-एक करके उनके बारे में जानें।

रैखिक ध्रुवीकरणकर्ता

एक रैखिक ध्रुवीकरणकर्ता के कार्य को एक वाक्य में संक्षेपित किया जा सकता है: यह किसी भी ध्रुवीकरण अवस्था के प्रकाश से एक विशिष्ट दिशा में रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश निकालता है।

सिद्धांत रूप में, एक ध्रुवीकरणकर्ता ऑर्थोगोनल घटक को अवशोषित या प्रतिबिंबित करते समय केवल एक विशिष्ट कंपन दिशा के साथ प्रकाश को पारित करने की अनुमति देने के लिए डाइक्रोइज्म या चयनात्मक प्रतिबिंब जैसे तंत्र का उपयोग करता है।

पोलराइज़र का चयन करते समय तीन प्रमुख मापदंडों पर ध्यान दें:

संप्रेषण: एक आदर्श ध्रुवीकरणकर्ता में रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश (प्राकृतिक प्रकाश घटना को देखते हुए) के लिए 50% का संप्रेषण होता है, जबकि वास्तविक उपकरण 80% से 95% तक होते हैं। उच्च संप्रेषण का अर्थ है कम ऑप्टिकल ऊर्जा हानि।

विलुप्ति अनुपात: यह ध्रुवीकरणकर्ता की परिभाषित विशेषता है। उच्च गुणवत्ता वाले पतले-फिल्म पोलराइज़र 10⁴:1 से 10⁵:1 का अनुपात प्राप्त कर सकते हैं, जबकि ग्लेन-टेलर प्रिज्म 10⁵:1 से अधिक हो सकते हैं। पर्याप्त विलुप्ति अनुपात के बिना, कोई भी आगामी ध्रुवीकरण नियंत्रण अर्थहीन है।

स्पेक्ट्रल रेंज: आयोडीन-आधारित पोलराइज़र दृश्यमान से लेकर निकट-अवरक्त स्पेक्ट्रम तक को कवर करते हैं; डाइक्रोइक थिन-फिल्म पोलराइज़र 2000 एनएम से आगे बढ़ सकते हैं। पराबैंगनी रेंज के लिए विशेष कोटिंग या कैल्साइट प्रिज्म की आवश्यकता होती है।

चयन सलाह : उच्च परिशुद्धता की आवश्यकता वाले सिस्टम (जैसे ध्रुवीकरण इंटरफेरोमेट्री या एलिप्सोमेट्री) के लिए, क्रिस्टल प्रिज्म ध्रुवीकरणकर्ताओं को प्राथमिकता दें; लागत-संवेदनशील या स्थान-बाधित प्रणालियों के लिए, पतली-फिल्म ध्रुवीकरणकर्ता चुनें। हालाँकि, ध्यान रखें कि पतली-फिल्म ध्रुवीकरणकर्ताओं का विलुप्त होने का अनुपात तापमान और आर्द्रता के प्रति संवेदनशील है और समय के साथ कम हो जाता है, इसलिए समय-समय पर अंशांकन आवश्यक है।

क्वार्टर-वेव प्लेट

एक क्वार्टर-वेव प्लेट π/2 (यानी, तरंग दैर्ध्य का एक-चौथाई) का एक चरण बदलाव पेश करती है।

इसका प्राथमिक कार्य रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश और गोलाकार या अण्डाकार ध्रुवीकृत प्रकाश के बीच रूपांतरण करना है।

जब आपतित रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश तरंग प्लेट के तेज़ अक्ष पर 45° पर उन्मुख होता है, तो उभरता हुआ प्रकाश गोलाकार रूप से ध्रुवीकृत हो जाता है; यदि कोण 45° से विचलित हो जाता है, तो यह अण्डाकार रूप से ध्रुवीकृत हो जाता है।

यह 45° संरेखण चरण ध्रुवीकरण ऑप्टिकल पथ को संरेखित करने का सबसे अधिक त्रुटि-प्रवण हिस्सा है।

मुख्य चयन पैरामीटर:

चरण मंदता सटीकता: शून्य-क्रम वेवप्लेट्स तरंग दैर्ध्य और तापमान में उतार-चढ़ाव के प्रति सबसे कम संवेदनशीलता प्रदान करते हैं, जिससे वे उच्च-परिशुद्धता प्रणालियों के लिए पसंदीदा विकल्प बन जाते हैं; मल्टी-ऑर्डर वेवप्लेट सस्ते हैं लेकिन महत्वपूर्ण थर्मल बहाव से ग्रस्त हैं।

स्पष्ट एपर्चर: वेवप्लेट सामग्री (क्वार्ट्ज, अभ्रक, या पॉलिमर) एपर्चर आकार निर्धारित करती है। क्वार्ट्ज जीरो-ऑर्डर वेवप्लेट्स का एपर्चर आमतौर पर 25 मिमी से बड़ा नहीं होता है, जबकि पॉलिमर वेवप्लेट्स 50 मिमी से अधिक हो सकते हैं।

तरंग दैर्ध्य मिलान: क्वार्टर-वेव प्लेटें तरंग दैर्ध्य-संवेदनशील उपकरण हैं; डिज़ाइन तरंग दैर्ध्य के बाहर उपयोग किए जाने पर चरण मंदता π/2 से विचलित हो जाती है। ब्रॉडबैंड सिस्टम के लिए, अक्रोमेटिक वेवप्लेट्स पर विचार किया जाना चाहिए।

हाफ-वेव प्लेट

एक अर्ध-तरंग प्लेट π के एक चरण बदलाव का परिचय देती है, जो रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश की कंपन दिशा को घुमाने का काम करती है। जब आपतित रैखिक रूप से ध्रुवीकृत प्रकाश और तेज़ अक्ष के बीच का कोण θ होता है, तो आउटपुट प्रकाश की ध्रुवीकरण दिशा 2θ द्वारा घूमती है।

यह '2θ' संबंध हाफ-वेव प्लेट की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है, जिसका अर्थ निम्नलिखित है:

जब तेज़ अक्ष को 45° पर संरेखित किया जाता है, तो ध्रुवीकरण दिशा 90° तक घूमती है - क्षैतिज ध्रुवीकरण को ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण में परिवर्तित करती है - पीबीएस के साथ उपयोग किए जाने पर 'ध्रुवीकरण फ़्लिपिंग' फ़ंक्शन को सक्षम करती है।

जैसे-जैसे तेज़-अक्ष कोण लगातार घूमता है, ध्रुवीकरण दिशा लगातार बदलती रहती है - यह परिवर्तनीय ऑप्टिकल एटेन्यूएटर्स और ध्रुवीकरण नियंत्रकों के पीछे का मुख्य सिद्धांत है।

फ़ाइबर-ऑप्टिक संचार में, फ़ाइबर झुकने के कारण होने वाले ध्रुवीकरण की स्थिति में परिवर्तन की भरपाई के लिए, विशेष रूप से इस रोटेशन विशेषता का लाभ उठाकर, अर्ध-तरंग प्लेटों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

पीबीएस (ध्रुवीकरण बीम विभाजक)

पीबीएस एक ध्रुवीकृत ऑप्टिकल पथ में एक महत्वपूर्ण घटक है: यह ध्रुवीकरण के आधार पर घटना प्रकाश को दो बीमों में विभाजित करता है, पी-ध्रुवीकृत प्रकाश संचारित करता है और एस-ध्रुवीकृत प्रकाश को प्रतिबिंबित करता है।

दो सामान्य विन्यास हैं:

पतली-फिल्म ध्रुवीकरण बीमस्प्लिटर: एक घन प्रिज्म के कर्ण पर एक बहुपरत ढांकता हुआ कोटिंग की सुविधा देता है। लाभ: कॉम्पैक्ट संरचना और बड़ा एपर्चर; नुकसान: विलुप्त होने का अनुपात आम तौर पर 100:1 से 1000:1 तक होता है, और यह उच्च कोणीय संवेदनशीलता प्रदर्शित करता है।

ध्रुवीकरण बीमस्प्लिटिंग प्रिज्म (उदाहरण के लिए, मैकनील प्रकार): ब्रूस्टर कोण स्थिति का उपयोग करके उच्च विलुप्त होने का अनुपात प्राप्त करता है। उच्च-गुणवत्ता वाले घटक 10⁴:1 से अधिक विलुप्त होने के अनुपात तक पहुंच सकते हैं।

जोन्स मैट्रिसेस: ध्रुवीकरण राज्यों की गणितीय भाषा

जोन्स मैट्रिसेस ध्रुवीकरण प्रकाशिकी डिजाइन में अपरिहार्य हैं।

वे गणितीय उपकरण हैं जिनका उपयोग ध्रुवीकरण की स्थिति और ध्रुवीकरण तत्वों के व्यवहार का वर्णन करने के लिए किया जाता है, जो मैट्रिक्स गुणन के माध्यम से ध्रुवीकृत ऑप्टिकल पथों की 'श्रृंखला गणना' को सक्षम करता है।

जोन्स वेक्टर: ध्रुवीकरण स्थिति का वर्णन

ध्रुवीकृत प्रकाश किरण की स्थिति को द्वि-आयामी जोन्स वेक्टर द्वारा वर्णित किया गया है:

उनमें से, Ex और Ey दो ऑर्थोगोनल घटकों के आयाम हैं, और δx और δy उनके संबंधित चरण हैं।

कई विशिष्ट ध्रुवीकरण राज्यों के जोन्स वैक्टर:

क्षैतिज रैखिक ध्रुवीकरण: [1; 0]

लंबवत रैखिक ध्रुवीकरण: [0; 1]

45° रैखिक ध्रुवीकरण: [1; 1] / √2

दाएँ हाथ से गोलाकार ध्रुवीकरण: [1; -i] / √2

बाएं हाथ से गोलाकार ध्रुवीकरण: [1; +i] / √2

घटकों का जोन्स मैट्रिक्स

प्रत्येक ध्रुवीकरण तत्व 2×2 मैट्रिक्स से मेल खाता है, और तत्व से गुजरने वाले प्रकाश की प्रक्रिया को मैट्रिक्स द्वारा वेक्टर के गुणन द्वारा दर्शाया जाता है:

चार मुख्य घटकों के लिए जोन्स मैट्रिसेस:

रैखिक ध्रुवीकरणकर्ता (एक्स-दिशा के साथ संचरण अक्ष):

पीएक्स = [1 0 ; 0 0 ]

जब संचरण अक्ष x-अक्ष के साथ कोण θ बनाता है:

P(θ) = [cos⊃2;θ cosθ·sinθ ; cosθ·sinθ syn⊃2;θ ]

क्वार्टर-वेव प्लेट (एक्स-दिशा के साथ तेज अक्ष, चरण मंदता δ = π/2):

QWP = [1 0 ; 0 -आई ] = [1 0 ; 0 ई-आईπ/2 ]

अर्ध-तरंग प्लेट (एक्स-दिशा के साथ तेज अक्ष, चरण मंदता δ = π):

एचडब्ल्यूपी = [1 0 ; 0 -1 ] = [1 0 ; 0 ई-आईπ ]

जब तरंग प्लेट की तेज़ धुरी x-अक्ष के साथ कोण θ बनाती है, तो सामान्य घूर्णन परिवर्तन होता है:

एम(θ) = आर(-θ) · एम(0) · आर(θ)

R(θ) = [cosθ -sinθ में; पापθcosθ ]

पीबीएस (आदर्श परिदृश्य):

पीबीएस संप्रेषण =[ 1 0 ; 0 0 ]

पीबीएस प्रतिबिंब =[ 0 0 ; 0 1 ]

ऑप्टिकल पथों की श्रृंखला गणना

जब एकाधिक ध्रुवीकरण तत्व श्रृंखला में जुड़े होते हैं, तो कुल मैट्रिक्स विपरीत क्रम में व्यक्तिगत तत्व मैट्रिक्स का उत्पाद होता है:

M_कुल = M_n · M_{n-1} · ··· · M_2 · M_1

यहां यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि मैट्रिक्स गुणन गैर-क्रमविनिमेय है; ध्रुवीकरणकर्ताओं के क्रम को बदलने से पूरी तरह से अलग परिणाम मिल सकते हैं। यह ध्रुवीकरण-आधारित ऑप्टिकल पथों और मानक ज्यामितीय ऑप्टिकल पथों को डिजाइन करने के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर को चिह्नित करता है - घटकों के अनुक्रम को मनमाने ढंग से व्यवस्थित नहीं किया जा सकता है।

यहां एक व्यावहारिक युक्ति है: सिस्टम को डिज़ाइन करते समय, सेटअप को भौतिक रूप से असेंबल करने से पहले सिमुलेशन चलाने के लिए जोन्स मैट्रिस (जिसे पायथन या MATLAB कोड की केवल कुछ दर्जन लाइनों में लागू किया जा सकता है) का उपयोग करके एक कम्प्यूटेशनल मॉडल बनाने की सलाह दी जाती है। यह कई वेवप्लेट और ध्रुवीकरण बीम स्प्लिटर्स (पीबीएस) से जुड़े जटिल सिस्टम के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहां मैन्युअल गणना में त्रुटि की अत्यधिक संभावना होती है। एक बार सिमुलेशन चलने के बाद, ध्रुवीकरण राज्य का विकास पथ तुरंत स्पष्ट हो जाता है।

विलुप्ति अनुपात नियंत्रण: ध्रुवीकरण प्रणालियों की जीवन रेखा

विलुप्ति अनुपात (ईआर) ध्रुवीकरण प्रणालियों के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए एक प्रमुख मीट्रिक है, जिसे दो ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण घटकों के संप्रेषण के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है:

ER = Tmax / Tmin (या dB में व्यक्त किया गया：ERdB = 10·log₁₀(Tmax/Tmin))

विलुप्त होने का अनुपात जितना अधिक होगा, ध्रुवीकरण शुद्धता उतनी ही बेहतर होगी। हालाँकि, व्यावहारिक प्रणालियों में, विलुप्त होने का अनुपात विभिन्न कारकों द्वारा 'क्षीण' हो जाता है।

कैस्केड विलुप्ति अनुपात का ह्रास

जब कई ध्रुवीकरण घटकों को श्रृंखला में रखा जाता है, तो सिस्टम का कुल विलुप्त होने का अनुपात व्यक्तिगत घटकों के विलुप्त होने के अनुपात का एक सरल योग नहीं है।

कैस्केड पोलराइज़र के लिए, अनुमानित सूत्र है:

1/ER_system ≈ 1/ER₁ + 1/ER₂ + ··· + 1/ERₙ

इसका तात्पर्य यह है कि सिस्टम के विलुप्त होने के अनुपात में सबसे खराब प्रदर्शन वाले घटक का प्रभुत्व है।

यदि आप 10⁵:1 विलुप्ति अनुपात वाले पोलराइज़र का उपयोग करते हैं और उसके बाद 100:1 अनुपात वाले पीबीएस का उपयोग करते हैं, तो सिस्टम का विलुप्ति अनुपात केवल 100:1 होगा।

इसलिए, घटक चयन का मुख्य सिद्धांत यह है कि बाधा ऊपरी सीमा निर्धारित करती है। केवल एक विशिष्ट क्षेत्र में उच्च प्रदर्शन के लिए प्रयास करने की तुलना में न्यूनतम विलुप्ति अनुपात वाले घटक को अपना बजट आवंटित करना अधिक प्रभावी है।

कोणीय संरेखण त्रुटि

ध्रुवीकरणकर्ताओं के संचरण अक्षों का कोणीय गलत संरेखण सीधे विलुप्त होने के अनुपात को कम कर देता है।

विलुप्त होने का अनुपात तब अधिकतम होता है जब दो ध्रुवीकरणकर्ताओं को आदर्श रूप से पार किया जाता है (ऑर्थोगोनल), लेकिन एक कोणीय विचलन Δθ रिसाव का परिचय देता है:

ER_वास्तविक ≈ ER_आदर्श · cos⊃2;(Δθ) + syn⊃2;(Δθ) ≈ 1/Δθ⊃2; (जब ER_ideal बहुत अधिक हो)

इसे परिप्रेक्ष्य में रखने के लिए: केवल 1° का कोणीय विचलन विलुप्त होने के अनुपात 10⁵:1 को घटाकर लगभग 3300:1 कर देता है।

उच्च परिशुद्धता प्रणालियों में, कोणीय संरेखण आवश्यकताएं आम तौर पर 0.1° के भीतर होती हैं, जिसके लिए सटीक रोटेशन माउंट या ऑप्टिकल बॉन्डिंग के माध्यम से निर्धारण की आवश्यकता होती है।

विलुप्ति अनुपात में सुधार के लिए व्यावहारिक तरीके

दोहरे ध्रुवीकरणकर्ताओं की श्रृंखला विन्यास: 10⊃3;:1 के विलुप्त होने के अनुपात वाले दो ध्रुवीकरणकर्ताओं को श्रृंखला में रखने से संप्रेषण में लगभग 50% की कमी की कीमत पर सैद्धांतिक रूप से विलुप्त होने के अनुपात को 10⁶:1 तक बढ़ाया जा सकता है।

उच्च-विलुप्त-अनुपात वाले प्रिज्मों का उपयोग: ग्लेन-टेलर या ग्लेन-लेजर प्रिज्म 10⁵:1 से 10⁶:1 का विलुप्त होने का अनुपात प्रदान करते हैं, जो उन्हें सटीक माप प्रणालियों के लिए उपयुक्त बनाता है।

मुआवजा प्लेट सुधार: अवशिष्ट प्रणाली द्विअपवर्तन को रद्द करने के लिए ऑप्टिकल पथ में एक समायोज्य वेवप्लेट डालना, जिससे परिमाण के क्रम से विलुप्त होने के अनुपात में सुधार होता है।

लॉक-इन डिटेक्शन: मॉड्यूलेटेड ध्रुवीकरण प्रणालियों के लिए, लॉक-इन एम्प्लीफिकेशन के साथ संयुक्त इलेक्ट्रो-ऑप्टिक मॉड्यूलेशन को नियोजित करने से कमजोर ध्रुवीकरण संकेतों के निष्कर्षण की अनुमति मिलती है, जो प्रभावी रूप से डिटेक्शन विलुप्त होने के अनुपात को बढ़ाता है।

स्ट्रेस बायरफ़्रिन्जेंस: द इनविजिबल पोलराइजेशन किलर

यदि आपने सब कुछ सही किया है - सबसे अच्छा ध्रुवीकरणकर्ता का चयन करना, कोण को संरेखित करना, और जोन्स मैट्रिक्स की गणना करना - फिर भी विलुप्त होने का अनुपात अभी भी सुधार करने में विफल रहता है, तो तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन संभवतः अपराधी है।

तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन क्या है?

जब ऑप्टिकल सामग्री यांत्रिक तनाव के अधीन होती है, तो उनका अपवर्तक सूचकांक अनिसोट्रोपिक बन जाता है; इस घटना को तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन के रूप में जाना जाता है। यह प्रभाव सामग्री में एक वेवप्लेट के 'मुक्त' एकीकरण के बराबर है, जिसमें गुण तनाव वितरण के अनुसार भिन्न होते हैं।

तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन को ऑप्टिकल पथ अंतर, Δn·d (नैनोमीटर में मापा जाता है) द्वारा निर्धारित किया जा सकता है। विशिष्ट स्रोतों में शामिल हैं:

लेंस किनारे पर क्लैंपिंग तनाव: लेंस बैरल रिटेनिंग रिंग के अत्यधिक कसने से ग्लास के भीतर संपीड़न तनाव उत्पन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप किनारों पर चरम द्विभाजन होता है।

तापमान प्रवणता: गैर-समान तापमान क्षेत्र थर्मल तनाव उत्पन्न करते हैं; यह विशेष रूप से उच्च-शक्ति प्रकाश के संपर्क में आने वाले बड़े-एपर्चर लेंस में स्पष्ट होता है।

बॉन्डिंग तनाव: इलाज के दौरान ऑप्टिकल चिपकने वाले के सिकुड़न से उत्पन्न तनाव, जो विशेष रूप से सीमेंटेड प्रिज्म (जैसे पीबीएस क्यूब्स) में महत्वपूर्ण है।

सामग्री अवशिष्ट तनाव: अपर्याप्त एनीलिंग के कारण कांच के रिक्त स्थान के भीतर शेष तनाव - बड़े पैमाने पर उत्पादन में एक 'छिपी हुई बारूदी सुरंग'।

सिस्टम पर तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन का प्रभाव

तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन कई तरीकों से ध्रुवीकरण प्रणालियों से समझौता करता है:

विलुप्ति अनुपात में गिरावट: जब ध्रुवीकृत प्रकाश तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन प्रदर्शित करने वाले तत्व से होकर गुजरता है, तो इसकी ध्रुवीकरण स्थिति घूर्णन से गुजरती है या अण्डाकार हो जाती है, जिससे डाउनस्ट्रीम ध्रुवीकरणकर्ताओं के माध्यम से रिसाव बढ़ जाता है। Δn·d = 10 एनएम के मंदता मान वाला एक विंडो तत्व सिस्टम के विलुप्त होने के अनुपात को 10⁵:1 से लगभग 10⊃3;:1 तक कम करने के लिए पर्याप्त है।

ध्रुवीकरण अभिविन्यास बहाव: तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन द्वारा शुरू की गई अतिरिक्त चरण मंदता तत्व पर बीम की स्थिति के साथ बदलती रहती है, जिसके परिणामस्वरूप बीम प्रोफ़ाइल में असंगत ध्रुवीकरण स्थिति होती है - एक घटना जो ध्रुवीकरण इमेजिंग सिस्टम में 'ध्रुवीकरण कलाकृतियों' के रूप में प्रकट होती है।

वेवप्लेट चरण मंदता त्रुटि: तरंगप्लेट सामग्री में निहित तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन डिजाइन चरण मंदता पर आरोपित होता है, जिससे वास्तविक मंदता नाममात्र मूल्य से विचलित हो जाती है। शून्य-क्रम क्वार्ट्ज वेवप्लेट्स के लिए, क्वार्ट्ज क्रिस्टल के द्विअपवर्तन का तापमान गुणांक लगभग -0.0001 एनएम/डिग्री सेल्सियस/एनएम है; परिणामस्वरूप, सटीक प्रणालियों को तापमान क्षतिपूर्ति की आवश्यकता होती है।

तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन को नियंत्रित करने के लिए इंजीनियरिंग तरीके

यहां एक महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि है: तनाव-प्रेरित द्विअर्थी ध्रुवीकरण ऑप्टिकल सिस्टम में त्रुटि का सबसे अक्सर अनदेखा स्रोत है। कई इंजीनियर लेंस बैरल में सामान्य सुरक्षात्मक विंडो को नजरअंदाज करते हुए सर्वश्रेष्ठ पोलराइज़र का चयन करने के लिए अपने प्रयास समर्पित करते हैं - फिर भी यह वास्तव में उस विंडो का द्विअपवर्तन है जो आपके विलुप्त होने के अनुपात को 10,000: 1 से घटाकर 500: 1 कर देता है। ऑप्टिकल पथ में प्रत्येक संचारण तत्व के तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन को गणना में शामिल किया जाना चाहिए।

ध्रुवीकृत ऑप्टिकल पथ लेआउट के लिए व्यावहारिक सिद्धांत

सिद्धांत को कवर करने के बाद, यहां इंजीनियरिंग अभ्यास में बार-बार मान्य किए गए लेआउट सिद्धांतों का सारांश दिया गया है:

ध्रुवीकरण घटकों को यथासंभव प्रकाश स्रोत के करीब रखें।

जितनी जल्दी ध्रुवीकरण की स्थिति को 'शुद्ध' किया जाता है, बाद के घटकों द्वारा उतनी ही कम त्रुटियाँ पेश की जाती हैं। ध्रुवीकरण स्थिति को लॉक करने के लिए प्रकाश स्रोत के तुरंत बाद एक पोलराइज़र लगाएं।

वेवप्लेट कोणों को संरेखित करना संरेखण में पहला कदम है।

क्वार्टर-वेव प्लेट का 45° संरेखण और हाफ-वेव प्लेट का तेज़-अक्ष कोण सीधे यह निर्धारित करता है कि सिस्टम सही ढंग से कार्य करता है या नहीं। एक पोलारिमीटर या घूर्णन विश्लेषक विधि का उपयोग करके प्रत्येक प्लेट को व्यक्तिगत रूप से कैलिब्रेट करें; अंतर्ज्ञान पर भरोसा मत करो.

ध्रुवीकरण-संवेदनशील घटकों की संख्या कम करें।

प्रत्येक अतिरिक्त घटक द्विअपवर्तन और कोणीय त्रुटि का एक संभावित स्रोत प्रस्तुत करता है। जब भी संभव हो कार्यों को समेकित करें (उदाहरण के लिए, बीम विभाजन और ध्रुवीकरण शुद्धि को एक साथ करने के लिए पीबीएस का उपयोग करना) और अनावश्यक घटकों को खत्म करें।

अनुकरण को प्राथमिकता दें; माप से सत्यापित करें.

संपूर्ण ऑप्टिकल पथ पर ध्रुवीकरण स्थिति के विकास का अनुकरण करने और विलुप्त होने के अनुपात की भविष्यवाणी करने के लिए जोन्स मैट्रिक्स मॉडलिंग का उपयोग करें; फिर, प्रमुख स्थानों पर ध्रुवीकरण की स्थिति को मापने के लिए एक पोलरीमीटर का उपयोग करें, सिमुलेशन मूल्यों के साथ परिणामों की तुलना करें, और किसी भी विसंगति के स्रोतों की पहचान करें।

तापमान को नज़रअंदाज़ न करें.

वेवप्लेट चरण मंदता, तनाव-प्रेरित द्विअपवर्तन (तापमान प्रवणता के कारण), और पीबीएस विलुप्त होने के अनुपात सभी तापमान के साथ भिन्न होते हैं। उच्च परिशुद्धता ध्रुवीकरण प्रणालियों में, निरंतर तापमान नियंत्रण केवल एक 'बोनस' नहीं है - यह एक आवश्यकता है।

ध्रुवीकरण प्रकाशिकी डिज़ाइन का सार प्रकाश तरंग की दोलन दिशा के आयाम पर 'सटीक नियंत्रण' रखने में निहित है। जबकि ज्यामितीय प्रकाशिकी यह नियंत्रित करती है कि 'प्रकाश कहाँ यात्रा करता है', ध्रुवीकरण प्रकाशिकी यह नियंत्रित करती है कि 'प्रकाश कैसे दोलन करता है।' एक प्रणाली वास्तव में अच्छी तरह से तभी डिज़ाइन की जाती है जब दोनों आयामों को ठीक से प्रबंधित किया जाता है।

ध्रुवीकरण प्रकाशिकी अमूर्त लग सकती है, लेकिन 'घटक सिद्धांतों, गणितीय विवरण और त्रुटि नियंत्रण' के मूल ढांचे पर ध्यान केंद्रित करके, यहां तक ​​कि सबसे जटिल ध्रुवीकरण ऑप्टिकल पथों को भी स्पष्ट रूप से विखंडित किया जा सकता है।

मुझे आशा है कि यह लेख आपको भविष्य में ध्रुवीकरण प्रणालियों को डिज़ाइन करते समय होने वाले नुकसान से बचने में मदद करेगा।

स्रोत: शेंदुझुइगुआंग