BIREFRINGENT CRYSTAL DEPOLARIZER

Dado que casi todos los detectores presentan sensibilidad a la polarización, es necesario colocar un despolarizador antes del detector para eliminar su dependencia de la polarización de la radiación incidente y, por lo tanto, mejorar la precisión. El principio de despolarización consiste en convertir la luz que originalmente posee una dirección de polarización específica en un estado mixto que contiene diversas direcciones de polarización aleatorias, eliminando así las características de polarización. Existen tres métodos para lograr la despolarización: alterando el estado de la luz polarizada en términos de "tiempo", "espacio" o "longitud de onda". Un despolarizador de cristal birrefringente utiliza su propiedad de división de haz para alterar por completo la alineación ordenada de la luz polarizada en el espacio, logrando así la despolarización; es decir, convirtiendo la luz polarizada de nuevo en luz no polarizada. En lugar de eliminar la polarización, la neutraliza. El principio fundamental es sencillo: divide la luz polarizada, originalmente unidireccional, en innumerables haces con diferentes orientaciones, que luego se mezclan, dando como resultado una luz que aparentemente no tiene una dirección fija. 1. despolarizador de luz multicolor El despolarizador de Lyot es un despolarizador policromático (de luz blanca) típico, disponible en configuraciones de placa simple y doble. El despolarizador policromático de placa simple logra un rendimiento de despolarización óptimo cuando el plano de vibración de la luz polarizada incidente forma un ángulo de 45° con el eje óptico. La efectividad del despolarizador de placa doble es independiente del plano de polarización de la luz incidente, lo que lo hace más práctico; su estructura se muestra en la Figura 1. Este despolarizador consta de dos cristales birrefringentes con una relación de espesor de 2:1, cuyos ejes ópticos están orientados en un ángulo de 45° entre sí. El conjunto completo se fabrica mediante la unión o encapsulación de dos placas de cristal con adhesivo óptico. Su principio de funcionamiento se basa en que la luz incidente de diferentes longitudes de onda experimenta distintos retardos de fase después de pasar a través de los elementos birrefringentes, lo que resulta en luz polarizada elípticamente con elipticidad variable. El haz de salida final es una combinación aleatoria de polarizaciones con diferentes elipticidades, logrando así la despolarización.     Figura 1 Despolarizador de Lyot   El despolarizador de Lyot presenta una excelente compatibilidad, lo que le permite funcionar con diversas fuentes de luz y demuestra un valor práctico significativo en aplicaciones como giroscopios y sensores ópticos. Sin embargo, este despolarizador tiene ciertas limitaciones: solo es eficaz en condiciones de un amplio espectro de luz incidente y su rendimiento de despolarización es subóptimo para luz monocromática. La eficiencia de despolarización del despolarizador de Lyot depende de la longitud de onda de operación, el material, el ángulo del eje óptico y el ángulo de la cuña del prisma.   2. Despolarizador de luz monocromática   En comparación con los despolarizadores de luz multicolor, los despolarizadores de luz monocromática ofrecen un rango de aplicaciones más amplio en ciertos aspectos, ya que generalmente también despolarizan bien la luz multicolor. Una sola lámina de cuarto de onda puede funcionar como un pseudodespolarizador. Para luz monocromática polarizada cuasiplanar, cuando se utiliza únicamente para la medición de intensidad, su rendimiento es bastante satisfactorio; mitiga eficazmente los errores causados ​​por la sensibilidad a la polarización de los fotodetectores, lo que garantiza la fiabilidad de los resultados de las pruebas. El tipo más común de despolarizador de luz monocromática es el despolarizador en forma de cuña, como se muestra en la Figura 2. Figura 2. Un único despolarizador óptico de tipo cuña. Cuando la luz incidente atraviesa el despolarizador, se divide en luz óptica (O) y luz elíptica (E). Debido a sus diferentes velocidades de propagación a través del cristal, ambos haces presentan diferencias de fase distintivas en distintas posiciones de salida. La fase varía proporcionalmente con los cambios en el grosor del cristal. La luz emitida experimenta transiciones periódicas entre estados de polarización lineal, elíptica y circular, como se ilustra en la Figura 3. La principal diferencia entre la luz que sale del despolarizador y la luz natural radica en sus estados de polarización: la primera mantiene un estado de polarización constante en cada posición de salida, mientras que la segunda presenta estados de polarización aleatorios en diferentes posiciones. Figura 3: Trayectoria del estado de polarización de la luz emitida en función de la posición. Las desventajas de este despolarizador son igualmente evidentes. En primer lugar, el ángulo de la cuña óptica debe ser suficientemente pequeño; de lo contrario, provoca divergencia y desviación del haz. Durante el funcionamiento, la distancia entre el dispositivo despolarizador y el receptor no debe ser excesiva, ya que esto compromete su rendimiento. En segundo lugar, solo cuando la luz incidente es perpendicular y su plano de polarización forma un ángulo de 45 grados con el eje óptico del despolarizador se puede lograr una despolarización efectiva de la luz polarizada linealmente. Estas limitaciones ponen de manifiesto las deficiencias de los dispositivos despolarizadores en estructuras unitarias. Las diferencias estructurales entre los despolarizadores policromáticos y monocromáticos corresponden a variables distintas en la fórmula de cálculo del retardo de fase. El retardo de fase δ se calcula mediante la siguiente fórmula: Aquí, λ representa la longitud de onda de la luz incidente, n₀ es el índice de refracción de la luz o, nₐ es el índice de refracción de la luz e, y d denota el espesor del cristal birrefringente. El despolarizador de luz policromática presenta una estructura de placas paralelas con un espesor constante d; dado que la luz policromática contiene longitudes de onda de diferentes bandas espectrales, sus longitudes de onda (λ₁, λ₂,..., λₙ) varían, lo que resulta en diferencias de fase distintas. En contraste, el despolarizador de luz monocromática diseñado para luz incidente monocromática utiliza materiales birrefringentes con espesores variables (d₁, d₂,..., dₙ), lo que garantiza que los componentes polarizados o y e en diferentes posiciones en la superficie de salida presenten diferencias de fase distintas, lo que permite la fabricación en forma de cuña.   3. Detector de redondeo circular Al investigar fenómenos de birrefringencia circular o dicroísmo, a menudo es necesario despolarizar la luz polarizada circularmente. El método más directo consiste en convertir primero la luz polarizada circularmente en luz polarizada linealmente mediante una lámina de cuarto de onda, seguida de la despolarización de la luz monocromática polarizada linealmente.