Guide de sélection des polariseurs
Auteurs : Stefaan Vandendriessche
Pour en savoir plus sur la polarisation, lisez notre note d’application Introduction à la polarisation.
La polarisation est une caractéristique importante de la lumière. Les polariseurs sont des éléments optiques clés permettant de contrôler la polarisation, en transmettant un état de polarisation souhaité tout en réfléchissant, absorbant ou déviant le reste. Il existe une grande variété de modèles de polariseurs, chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. Pour vous aider à choisir le meilleur polariseur pour votre application, nous allons discuter des spécifications des polariseurs ainsi que des différentes classes de modèles de polariseurs.
Caractéristiques du polariseur
Les polariseurs sont définis par quelques paramètres clés, dont certains sont spécifiques à l'optique de polarisation. Les caractéristiques les plus importantes sont :
Rapport d'extinction et degré de polarisation : Les propriétés de polarisation d'un polariseur linéaire sont généralement définies par le degré de polarisation ou l'efficacité de polarisation, P, et son rapport d'extinction, ρp. Suivant le formalisme donné dans le Handbook of Optics, les principales transmittances du polariseur sont T1 et T2. T1 est la transmission maximale du polariseur et se produit lorsque l'axe du polariseur est parallèle au plan de polarisation du faisceau polarisé incident. T2 est la transmission minimale du polariseur et se produit lorsque l'axe du polariseur est perpendiculaire au plan de polarisation du faisceau polarisé incident.
La performance d'extinction d'un polariseur linéaire est souvent exprimée par 1 / ρp : 1. Ce paramètre va de moins de 100:1 pour les polariseurs en feuille économiques à 106:1 pour les polariseurs cristallins biréfringents de haute qualité. Le rapport d'extinction varie généralement en fonction de la longueur d'onde et de l'angle d'incidence et doit être évalué avec d'autres facteurs tels que le coût, la taille et la transmission polarisée pour une application donnée.
Transmission : Cette valeur se rapporte soit à la transmission de la lumière polarisée linéairement dans la direction de l'axe de polarisation, soit à la transmission de la lumière non polarisée à travers le polariseur. La transmission parallèle est la transmission de la lumière non polarisée à travers deux polariseurs dont les axes de polarisation sont alignés en parallèle, tandis que la transmission croisée est la transmission de la lumière non polarisée à travers deux polariseurs dont les axes de polarisation sont croisés. Pour les polariseurs idéaux, la transmission de la lumière polarisée linéairement parallèle à l'axe de polarisation est de 100%, la transmission parallèle est de 50% et la transmission croisée est de 0%. Elle peut être calculée avec la loi de Malus, comme décrit dans l' Introduction à la polarisation.
Angle d’acceptance : L'angle d'acceptance est la déviation la plus importante par rapport à l'angle d'incidence de conception à laquelle le polariseur fonctionnera encore conformément aux spécifications. La plupart des polariseurs sont conçus pour fonctionner à un angle d'incidence de 0° ou 45°, ou à l'angle de Brewster. L'angle d'acceptance est important pour l'alignement mais revêt une importance particulière lorsque l'on travaille avec des faisceaux non collimatés. Les polariseurs à grille métallique et dichroïques présentent les plus grands angles d'acceptance, jusqu'à un angle d'acceptance totale de près de 90°.
Construction : Les polariseurs existent sous de nombreuses formes et conceptions. Les polariseurs à film mince sont des films fins semblables à des filtres optiques. Les lames séparatrices de faisceau polarisantes sont des plaques fines et plates placées à un angle par rapport au faisceau. Les cubes séparateurs de faisceau polarisants sont constitués de deux prismes à angle droit montés ensemble à l'hypoténuse. Les polariseurs biréfringents se composent de deux prismes cristallins montés ensemble, l'angle des prismes étant déterminé par la conception spécifique du polariseur.
Ouverture utile : L'ouverture utile est généralement la plus restrictive pour les polariseurs biréfringents car la disponibilité de cristaux optiquement purs limite la taille de ces polariseurs. Les polariseurs dichroïques ont les plus grandes ouvertures disponibles car leur fabrication se prête à des tailles plus grandes.
Longueur du chemin optique : La longueur que la lumière doit parcourir à travers le polariseur. Importantes pour la dispersion, les seuils de dommage et les contraintes d'espace, les longueurs du chemin optique peuvent être importantes dans les polariseurs biréfringents mais sont généralement courtes dans les polariseurs dichroïques.
Seuil de dommage : Le seuil de dommage laser est déterminé par le matériau utilisé ainsi que par la conception du polariseur, les polariseurs biréfringents présentant généralement le seuil de dommage le plus élevé. Le ciment est souvent l'élément le plus sensible aux dommages causés par les lasers, c'est pourquoi les séparateurs de faisceaux à contact optique ou les polariseurs biréfringents à espacement d'air ont des seuils de dommages plus élevés.
Coût : Certains polariseurs nécessitent de grands cristaux très purs, qui sont chers, tandis que d'autres sont fabriqués en plastique étiré, ce qui les rend plus économiques.
| Rapport d’extinction | Seuils de dommage laser (LIDT) | Gamme de longueurs d'onde (nm) | Épaisseur | Coût | |
|---|---|---|---|---|---|
| Polariseurs Dichroïques | |||||
|
Faible à moyen
|
Faible
|
400 - 700
|
Mince (laminé)
|
\$
|
|
| Polariseurs Linéaires Plastique à Contraste Élevé |
Faible à moyen
|
Faible
|
400 - 700
|
Mince (laminé)
|
\$
|
| Film Polarisant Linéaire à Contraste Élevé |
Faible à moyen
|
faible
|
400 - 700
|
Très mince
(film polymère) |
\$
|
| Polariseurs Circulaires |
Faible à moyen
|
Faible
|
400 - 700
|
Très mince
(film polymère) |
\$
|
| Polariseurs UV, VIS-NIR et Proche IR à Contraste Élevé |
Élevé
|
Faible à moyen
|
360 - 1700
|
Mince
|
\$$$
|
| Polariseurs Réfléchissants | |||||
| Fenêtres Brewster |
Faible
|
Moyen à élevé
|
200 - 2200
|
Mince
|
\$ - \$\$
|
| Lames Séparatrices Polarisantes à Large Bande |
Moyen
|
Moyen
|
420 - 670
|
Très mince
|
\$\$
|
| Cubes Séparateurs Polarisants à Large Bande |
Faible à moyen
|
Moyen à élevé
|
420 - 1100
|
Très épais
|
\$\$ - \$$$
|
| Polariseurs à Grille Métallique |
Faible à moyen
|
Moyen
|
300 - 15.000
|
Très mince à mince
|
\$\$ - \$$$
|
| Cubes Séparateurs Polarisants à Grille Métallique |
Moyen
|
Moyen
|
400 - 700
|
Très épais
|
\$\$
|
| Polariseurs Biréfringents | |||||
| Polariseurs Glan-Thompson |
Élevé
|
Élevé
|
350 - 2200
|
Très épais
|
\$$$
|
| Polariseurs Glan-Taylor |
Élevé
|
Élevé | 220 - 2200 | Très épais | \$$$ |
| Polariseurs Glan-Laser |
Élevé
|
Élevé
|
220 - 2200
|
Très épais
|
\$$$
|
| Polariseurs Wollaston |
Élevé
|
Élevé
|
190 - 4000
|
Très épais
|
\$$$
|
| Prismes de Rochon |
Élevé
|
Élevé
|
130 - 4000
|
Très épais
|
\$$$
|
| Polariseurs à Couche Mince | |||||
| Polariseurs Ultrarapides à Couche Mince |
Faible
|
Moyen à élevé
|
750 - 1090
|
Moyenne
|
\$$$
|
| Polariseurs à Haute Énergie Raie Laser & Lames Polarisantes |
Moyen
|
Moyen à élevé
|
Raies laser individuelles entre 355 et 1064
|
Épais
|
\$$$
|
| Guides de Sélection: Polariseurs Dichroïques |
|---|
Les polariseurs dichroïques transmettent la polarisation souhaitée et absorbent le reste. On y parvient grâce à l'anisotropie du polariseur ; les exemples courants sont les molécules de polymère orientées et les nanoparticules étirées. Il s'agit d'une vaste catégorie de polariseurs, allant des polariseurs en plastique laminé à faible coût aux polariseurs de précision en verre à nanoparticules à coût élevé. La plupart des polariseurs dichroïques ont de bons rapports d'extinction par rapport à leur coût. Leurs seuils de dommage et leur stabilité environnementale sont souvent limités, bien que les polariseurs dichroïques en verre soient plus performants que les polariseurs dichroïques en plastique à cet égard. Les polariseurs dichroïques sont bien adaptés aux applications de microscopie, d'imagerie et d'affichage, et constituent souvent le seul choix possible lorsque de très grandes ouvertures sont nécessaires.
Figure 1 : Les polariseurs dichroïques absorbent l'état de polarisation indésirable
| Type | Applications | Substrat | Gamme de longueurs d'onde (nm) | Rapport d’extinction | Transmission (%) | Coût | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Polariseurs Linéaires en Verre à Contraste Élevé |
Imagerie, microscopie, affichage, réglage de l'intensité
|
B270 et film en polymère |
400 - 700
|
10.000 : 1 |
25 |
\$$$
|
|
|
Polariseurs Linéaires Plastique à Contraste Élevé |
Imagerie, microscopie, affichage, réglage de l'intensité | PMMA et film en polymère | 400 - 700 | 9000 : 1 | Simple : 42 Parallèle : 36 Croisé : <0,004 |
\$\$
|
|
| Film Polarisant Linéaire à Contraste Élevé |
Imagerie, microscopie, affichage, réglage de l'intensité
|
Film en polymère
|
400 - 700
|
9000 : 1
|
Simple : 42
Parallèle : 36 Croisé : <0,004 |
$
|
|
| Filtres Polarisants Linéaires en Verre |
Imagerie, microscopie, affichage, réglage de l'intensité
|
B270 et film polymère
|
400 - 700
|
100 : 1
|
Simple : 30
Parallèle : 20 Croisé : 0,15 |
$
|
|
| Filtres Polarisants Linéaires en Verre Montés |
Imagerie, microscopie, affichage, réglage de l'intensité
|
Verre Flotté
|
400 - 700
|
19 : 1
|
Simple : 30
Croisé : 0,15 |
$
|
|
| Polariseurs Circulaires |
Imagerie, microscopie, affichage, réglage de l'intensité
|
PMMA et film polymère
|
400 - 700
|
-
|
42
|
\$\$
|
|
| Polariseurs Linéaires NIR |
Lasers NIR, LEDs, télécommunications
|
B270 et film en polymère
|
450 - 750
1000 - 2000 |
1000 : 1
|
30
33 |
\$$$
|
| Guides de Sélection: Polariseurs à Couche Mince |
|---|
Les Polariseurs à Couche Mince fonctionnent sur la base de la technologie des couches minces.
| Type | Substrat | Gamme de longueurs d'onde / Longueur d'onde de conception (nm) | Rapport d’extinction | Transmission (%) | Coût | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Polariseurs Ultrarapides à Couche Mince | Silice fondue indice UV |
750 - 850 |
Transmissif 20:1 |
Tp >85 / Ts <4 | $ | |
| Polariseurs Raie Laser à Haute Énergie | Silice fondue indice UV | 355, 532, 633, 1064 | 10 000 : 1 | Tp >98 |
$
|
| Guides de Sélection: Polariseurs Réfléchissants |
|---|
Les Polariseurs Réfléchissants transmettent la polarisation souhaitée tout en réfléchissant le reste. Ils utilisent soit une grille métallique, soit l'angle de Brewster, soit des effets d'interférence. L'angle de Brewster est l'angle auquel, sur la base des équations de Fresnel, seule la lumière polarisée s est réfléchie. Comme la lumière polarisée p n'est pas réfléchie alors que la lumière polarisée s est partiellement réfléchie, la lumière transmise est enrichie en polarisation p.
Figure 2 : Les polariseurs réfléchissants, disponibles sous forme de cubes séparateurs et lames séparatrices de faisceau ou de films minces, réfléchissent l'état de polarisation indésirable
| Type | Applications | Gamme de longueurs d'onde (nm) | Seuil de dommage laser | Coût | |
|---|---|---|---|---|---|
| Fenêtres Brewster |
Cavités laser
|
200 - 2200
|
Élevé
|
$
|
|
| Lames Séparatrices de Faisceau Polarisantes à Large Bande |
Applications limitées par l'espace et le poids, applications à faible coût et à faible rapport d'extinction, applications des lasers femtosecondes
|
250 - 1550
|
De bas à haut
|
$
|
|
| Cubes Séparateurs Polarisants à Large Bande |
Combinaison de faisceaux
|
400 - 1100
|
De bas à haut
|
$$
|
|
| Polariseurs à Grille Métallique |
Environnements exigeants, applications à large bande, infrarouge, lumière non collimatée
|
300 - 15.000
|
De bas à haut
|
\$\$ - \$$$
|
|
| Cubes Séparateurs Polarisants à Grille Métallique |
Applications à large bande, lumière non collimatée
|
400 - 700
|
De bas à haut
|
\$\$
|
| Guides de Sélection: Polariseurs Biréfringents |
|---|
Les polariseurs biréfringents transmettent la polarisation souhaitée tout en déviant le reste. Ils reposent sur des cristaux biréfringents, où l'indice de réfraction de la lumière dépend de sa polarisation. La lumière non polarisée à incidence non normale se divisera en deux faisceaux distincts en entrant dans le cristal, car la réfraction de la lumière polarisée s et p sera différente. La plupart des modèles sont constitués de deux prismes biréfringents assemblés, dont l'angle d'assemblage et l'orientation relative de leurs axes optiques déterminent la fonctionnalité du polariseur. Comme ces polariseurs nécessitent des cristaux optiquement purs, ils sont coûteux, mais présentent des seuils de dommage laser élevés, d'excellents rapports d'extinction et de larges gammes de longueurs d'onde.
Figure 3 : Les polariseurs cristallins, tels que le polariseur Glan-Taylor, transmettent une polarisation souhaitée et dévient le reste, en utilisant les propriétés biréfringentes de leurs matériaux cristallins
Figure 4a : Polariseurs Glan-Taylor
Figure 4b : Polariseurs Glan-Laser
Figure 4c : Polariseurs Glan-Thompson
| Type | Applications | Gamme de longueurs d'onde (nm) | Seuil de dommage laser | Coût | |
|---|---|---|---|---|---|
| Glan-Thompson |
Applications laser, imagerie et microscopie de haute qualité
|
220 - 2200
|
Moyen
|
\$$$
|
|
| Glan-Taylor |
Applications laser, spectroscopie
|
220 - 2200
|
Élevé
|
\$$$
|
|
| Glan-Laser |
Applications laser, lasers à commutation Q
|
220 - 2200
|
Très élevé
|
\$$$
|
|
| Prismes de Wollaston |
Expériences de laboratoire, où les deux polarisations doivent être accessibles
|
190 - 4000
|
Élevé
|
\$$$
|
|
| Prismes de Rochon |
Expériences de laboratoire, où les deux polarisations doivent être accessibles
|
130 - 7000
|
Élevé
|
\$$$
|
ITOS GmbH est une division d'Edmund Optics qui fournit des solutions de polarisation standard et personnalisées aux marchés allemand et européen depuis 1993. La division ITOS élargit les capacités de fabrication et de métrologie de polarisation d'EO, offrant aux clients une gamme plus large d'optiques de polarisation standard et personnalisées.
Références
- Bass, Michael, Casimer DeCusatis, Jay Enoch, Vasudevan Lakshminarayanan, Guifang Li, Carolyn MacDonald, Virendra Mahajan, et Eric Van Stryland, eds. Handbook of Optics: Geometrical and Physical Optics, Polarized Light, Components and Instruments. 3ème édition. Vol. 1. New York, NY : McGraw-Hill Education, 2010.
- Goldstein, Dennis. Polarized Light. 2e éd. New York, NY : Marcel Dekker, 2003.
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