قطبشگرهای لایه نازک
قطبشگرهایی اپتیکی بر پایه لایه نشانی دی الکتریک چند لایه ای
قطبشگرهای لایه نازک

مخفف: TFP
تعریف: قطبشگرهایی اپتیکی بر پایه لایه نشانی دی الکتریک چند لایه ای.
قطبشگرهای لایه نازک نوعی از قطبشگرهای اپتیکی بر اساس اثرات تداخلی در یک چند لایه دی الکتریک هستند. این لایه ها معمولاً روی یک صفحه شیشه ای قرار داده می شوند. در برخی از بازه های زاویه تابش، یک بازتاب به شدت وابسته به قطبش حاصل می شود (همیشه نور با قطبش s بازتاب می شود و نور با قطبش p عبور می کند). اغلب مطلوب آن است که قطبشگر لایه نازک طوری طراحی شود که بتواند در زاویه تابش 45 درجه عمل کند، بطوریکه نور بازتاب شده در زاویه 90 درجه بدست آید.
قطبشگرهای لایه نازک انواع گوناگونی دارند:

  • قطبشگرهای صفحه ای که فقط شامل یک صفحه شیشه ای لایه نشانی شده هستند. طراحی معمولاً طوری انجام میشود که زاویه برخورد باید به اندازه زاویه بروستر باشد. در این حالت اتلاف های بازتاب برای نور عبور کرده در پشت به راحتی قابل اجتناب است. برای دیگر زاویه های برخورد مثل 45 درجه (که اغلب مطلوب است) یک لایه ضد بازتاب در قسمت پشت لازم است و طراحی ساختار لایه برای قسمت جلو نیز مشکل تر خواهد بود.
شکل 1- یک صفحه قطبشگر برای عملکرد نزدیک زاویه بروستر با داشتن یک لایه در سمت بالا و فاقد لایه در سمت پایین.
  • مکعب های قطبشگر که توسط لایه نشانی یک منشور 45 درجه و چسباندن آن به یک منشور 45 درجه دیگر بدست می آیند. وجه های ورودی و خروجی معمولاً لایه های ضد بازتاب دارند. اساس ایده طراحی مکعب MacNeille محدود کردن بازتاب برای قطبش نوع p توسط زاویه بروستر در تمام وجه های داخلی است. پس از آن دست یافتن به بازتاب بالا برای قطبش s بدون یک بازتاب قابل توجه برای قطبش p، توسط طراحی یک آینه براگ ساده آسان و میسر است. شرایط زاویه بروستر مستلزم این است که جنس ماده زیرلایه با ضریب انعکاس مناسب (برای مواد لایه نشانی شده) انتخاب شود. چنین طراحی هایی در بازه وسیعی از طول موج ولی در بازه زاویه ای کوچک (در حد چند درجه) به خوبی عمل می کنند.
در سایر طراحی های مکعبی نسبت به طرح MacNeille شرط زاویه بروستر برآورده نمی شود ولی از اثرات تداخلی برای کاهش (حذف) بازتاب قطبش p استفاده می کنند. چنین قطبشگرهای تداخلی معمولاً در بازه کوچکی از طول موج ها به خوبی عمل می کنند، اما انعطاف بیشتری در مورد جنس مواد مصرفی از خود نشان می دهند.
فصل مشترک اتصال یافته (به هم چسبیده) یک مکعب قطبشگر منجر به آستانه تخریب اپتیکی پایین تر در حد 1 ژول بر سانتیمتر مربع برای پالسهای لیزری نانو-ثانیه می شود. مکعب های قطبشگر فاقد اپوکسی اتصال یافته از طریق اپتیکی، که به چسب نیاز ندارند، شارش های انرژی چندین مرتبه بیشتر را می توانند تحمل کنند.
 
شکل 2- مکعب قطبشگر بر اساس یک لایه نازک لایه نشانی شده بین دو منشور 45 درجه.
بدلیل اینکه اثرات فصل مشترک در لایه نشانی چند لایه ای وابسته به طول موج است، یک قطبشگر لایه نازک فقط میتواند در یک بازه محدود طول موجی و زاویه ای عمل کند. اگر چه عملکرد در بازه ده یا حتی صد نانومتری توسط بهینه سازی طراحی لایه نازک امکان پذیر است؛ اما این قطبشگرهای پهن باند به عملکرد بسیار خوب قطبشگرهای باند باریک ( قطبشگرهای خطی لیزری) که فقط برای یک بازه طول موجی کوچک بهینه شده اند دست پیدا نمی کنند. شکل 3 مثالی را با پهنای باند عملکرد متوسط 50 نانومتر نشان می دهد.
 
شکل3- بازتاب های یک مکعب قطبشگر لایه نازک بر پایه TiO2/SiO2 طراحی شده برای عملکرد در طول موج 600 تا 650 نانومتر.
به منظور بهینه سازی لایه نشانی لایه نازک قطبشگر، می توان از تکنیک های عددی مشابهی که برای طراحی شکافنده‌ های پرتو پهن باند یا مثلاً آینه های دیکروئیک بکار می روند، استفاده کرد.
یک مزیت قطبشگرهای لایه نازک این است که می توانند در ابعاد بزرگ ساخته شوند که برای قطبشگرهای کریستالی مشکل است. بنابراین این امکان وجود دارد که چنین ابزارهای انرژی- بالا یا توان- بالایی با لیزرهای پالسی در پیک های توانی بسیار بالا کار کنند.



   |    1397/5/21