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石英ウェッジアクロマティックデポラライザ


  • Randomize the Polarization of a Linearly Polarized Input Beam
  • Designed for Laser Beams >Ø6 mm
  • Effective with Monochromatic and Broadband Light
  • Available with AR Coatings

DPU-25

DPU-25-A

DPU-25-B

DPU-25-C

DPU-25-A Depolarizer
Mounted in an SM1 Lens Tube

Related Items


Please Wait
General Specifications
SubstrateQuartz Crystal
CoatingsUncoated (190 - 2500 nm)
-A Coating (350 - 700 nm)
-B Coating (650 - 1050 nm)
-C Coating (1050 - 1700 nm)
Outer Diameter1" (25.4 mm)
Thickness7.35 mm (0.289")
Clear Aperture>Ø21.59 mm
Surface Flatnessλ/10 @ 633 nm
Surface Quality10-5 Scratch-Dig
Item # SuffixDamage Thresholds
-A7.5 J/cm² at 532 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.504 mm
-B7.5 J/cm² at 810 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.144 mm
-C7.5 J/cm² at 1542 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.123 mm
Zemaxファイル
下の型番横の赤いアイコン(資料)をクリックすると、各製品のZemaxファイルをダウンロードいただけます。 またこちらからは全てのZemaxファイルの一括ダウンロードが可能です。
Quartz-Wedge Depolarizer
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石英ウェッジデポラライザの側面

特長

  • 光軸アライメント不要
  • 広帯域光源と径の大きな(>6 mm) 単色ビームに適した製品
  • エアギャップ設計なので、高出力ビームでの使用可能
  • コーティング無 し(190~2500 nm) または下記の3種類のARコーティング付きから選択可能
    • 350~700 nm (-Aコーティング)
    • 650~1050 nm (-Bコーティング)
    • 1050~1700 nm (-Cコーティング)

当社の石英ウェッジアクロマティックデポラライザは、偏光光線を疑似ランダム偏光光線に変換します。「疑似ランダム」とは、デポラライザを透過する光線が、無偏光状態になるのではなく、ビームの偏光がランダム化する状態のことです。単色光源から出た直線偏光は、石英ウェッジデポラライザを透過すると、空間的 に多様な偏光状態になります。一方で、広帯域光源から出た直線偏光は、石英ウェッジデポラライザを透過すると、波長および空間的に依存して多様な偏光状態になります。DPU-25は直線偏光された光に使用するように設計されていますが(「チュートリアル」タブ参照)、入射が楕円もしくは円形に変更されている場合擬似ランダム偏光を生み出します。石英ウェッジデポラライザは、光学素子のいずれの面からの入射光にも機能します。

設計
これらのアクロマティックデポラライザは、薄い金属リングで分離された2つの結晶石英ウェッジ(一方が他方の2倍の厚み)から構成されています。この組部品はエポキシ接着剤を用いて組み合わせてありますが、接着剤は外縁部にのみ塗布されており、開口部には接着剤は付いていないため、その閾値は高くなります。このデポラライザはコーティング無しで190~2500 nmの波長範囲で使用できるタイプや、3種類のうちいずれかの反射防止コーティングが全4面(つまり2つの結晶石英ウェッジの両面)に施してあるタイプがあります。ARコーティングは350~700 nm(-A コーティング)、650~1050 nm(-B コーティング)や1050~1700 nm(-C コーティング)の波長範囲に対応しています。

各ウェッジの光軸は、そのウェッジのフラット面に対して垂直です。 2つの結晶石英 ウェッジの光軸間の配向角は45°です。石英ウェッジデポラライザの独自設計によって、デポラライザの光軸の角度を特定化する必要がありません。これは、光の入力偏光状態が不明な場合や時間経過と共に変化する用途でデポラライザを使用する場合に特に便利です。

これらの光学素子は、厚さがあるためにLMR1/Mを単体でマウントとして使用することができません。 しかし、上図にあるように、SM1ネジ付きレンズチューブを使用すると、レンズチューブシステムに組み込んだり、マウントLMR1(/M)を用いてポストに取り付けたりすることができます。

自由空間での用途
石英ウェッジアクロマティックデポラライザは、偏光状態にある単色光源または広帯域光源の光を疑似ランダムの偏光状態に変換できますが、狭帯域(単色)光源で 偏光解消を実現するには、入射光の直径が 6 mmを超えなければなりません。単色光源に関してこの最小ビーム径が設定されるのは、出力ビームの偏光状態のランダム化には、空間的に多様な偏光状態を作り出す必要があるからです(詳細については「チュートリアル」のタブをご参照ください)。当社では、最小ビーム径Ø0.5 mmの偏光を効果的にデポラライズするリターダンスパターン設計の液晶ポリマ(LCP)デポラライザも提供しています。詳細は「石英とLCPの比較」タブをご覧ください。

広帯域光源で偏光解消する際には、狭帯域や単色の光源のようにビーム径の制限はありません。これは、出力ビームの偏光状態の空間的多様性に加えて、結晶石英ウェッジの透過光が波長に依存して遅延した結果、出力ビームの偏光状態がランダム化されるからです。

これらのアクロマティックデポラライザが生成する疑似ランダムの偏光状態は、直線偏光の光と比べて、ラマン増幅や偏光依存損失(PDL)を小さくしたいときなど、入力偏光依存性が気になる場合に適しています。 これらは広帯域・狭帯域の光源の両方で広いスペクトル領域において有効であるので、石英ウェッジ デポラライザは、高偏光感度の分光計やLCDテストシステムなどの用途でよくご活用いただけます。 さらにデポラライザは、光学素子を入射光の直線偏光軸に対してアライメントが不要な設計で、入射光の偏光の変化にも高い対応力を有しています。

ファイバでの用途
当社のアクロマティックデポラライザは、デポラライズされた光をシングルモードの光ファイバに結合入射する用途にはお勧めしていません。出力ビームを2つの重ね合わせた光線であると仮定してください。2つのウェッジの光軸はアライメントされていないので、結晶石英の複屈折によって、2つの出力ビームの伝搬ベクトルにノンゼロの分岐/オフセットが生じます。この状態で分岐/オフセット後のビームがファイバ先端部に集束すると、各光線はわずかに異なる位置で結像することになります。その結果、光のファイバへの結合入射状態を最適化すると、2つの光線のうちいずれかを優先して結合することになり、各光線の偏光状態は完全にはランダム化されない結果となります。

その他のデポラライザ製品
こちらのデポラライザと液晶ポリマ(LCP)デポラライザは、用途に応じた利点がそれぞれはっきりと分かれています。ここでご紹介しているデポラライザは、表面品質が液晶ポリマのデポラライザよりも優れており、また石英基板の使用およびエアギャップの設計により損傷閾値も高くなっています。よって、高出力の用途に適しています。 LCPデポラライザがØ0.5 mmまでの単色ビームを効果的にデポラライズする一方、石英基板のデポラライザの入射ビーム径は最低Ø6 mm以上必要です。またLCPのリターダのパターンは、入射角の変動にそれほど敏感ではありません。性能の比較については「石英とLCPの比較」タブでも詳細がご覧いただけます。

DPU-25は3種類のARコーティング付きを標準在庫しています。下のプロット図が示すように、ARコーティングは表面反射を著しく減少させます。また、DPUシリーズのデポラライザは2つの結晶石英ウェッジからできているのでARコーティングは4つの面で反射を最小限に抑えます。例えば、表面反射による損失は、コーティング無しのDPU-25では1400 nmの波長で約15%です。しかし、DPU-25-CではARコーティングが反射による損失を低減させ、約2%になります。

Transmission vs wavelength plot for DPU-25 depolarizer
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コーティング無しのデポラライザDPU-25の波長に対する透過率の測定値
DPU-25-A Reflectance Plot
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デポラライザDPU-25-AのARコーティングされた表面での波長に対する反射率の測定値
DPU-25-B Reflectance Plot
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デポラライザDPU-25-BのARコーティングされた表面での波長に対する反射率の測定値
DPU-25-C Reflectance Plot
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デポラライザDPU-25-CのARコーティングされた表面での波長に対する反射率の測定値
Depolarizer Comparison Table
Depolarizer TypeLCP Patterned RetarderQuartz-Wedge Design
Effective Beam SizeDown to Ø0.5 mmDown to Ø6 mm
Surface Quality60-40 Scratch-Dig10-5 Scratch Dig
Thickness3.2 mm (0.13")7.35 mm (0.289")
Available Wavelengths350 - 700 nm (AR Coated)
650 - 1050 nm (AR Coated)
1050 - 1700 nm (AR Coated)
190 - 2500 nm (Uncoated)
350 - 700 nm (AR Coated)
650 - 1050 nm (AR Coated)
1050 - 1700 nm (AR Coated)

下のグラフでは、液晶ポリマ(LCP)のデポラライザと当社の石英ウェッジデポラライザの偏光度(DOP)を比較しています。液晶ポリマのデポラライザは、石英ウェッジデポラライザと比較して、入射角の変動に対して性能が安定しており、またサイズが小さいビームの偏光を効果的にデポラライズします。よって特にレーザの用途に有効です。一方、石英ウェッジのデポラライザは、表面品質ならびに損傷閾値が高くなっております。また、楕円偏光や円偏光のデポラライズについてはより高い性能を発揮します。


偏光度(DOP)vs.ビームサイズ

DPP25-A Polarization versus Beam Size
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DPP25-Aは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Aは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、532 nmの半導体レーザーモジュールCPS532(FWHM帯域幅:1 nm)を使用しました。

DPP25-A Polarization versus Beam SIze
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DPP25-Bは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Bは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、780 nmの半導体レーザーモジュールCPS192(FWHM帯域幅:1 nm)を使用しました。
DPP25-C Polarization versus Beam Size
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DPP25-Cは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Cは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、1310 nmの半導体レーザーモジュールMCLS1-1310(FWHM帯域幅:1 nm)を使用しました。

偏光度(DOP)vs.波長

DPP25-A Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Aは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Aは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、ビームサイズがØ4 mmの3種類の異なるレーザを使用して3種類の波長で行いました。レーザの種類と波長は以下の通りです: 405 nm(CPS405、FWHM帯域幅:1 nm)、532 nm(CPS532、FWHM帯域幅:1 nm)、633 nm(旧製品HRS015*、FWHM帯域幅:<10 pm)
DPP25-B Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Bは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Bは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、ビームサイズがØ4 mmの3種類の異なるレーザを使用して3種類の波長で行いました。レーザの種類と波長は以下の通りです: 670 nm(CPS186、FWHM帯域幅:1 nm)、780 nm(CPS192、FWHM帯域幅:1 nm)、980 nm(CPS980、FWHM帯域幅:1 nm)。
DPP25-C Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Cは 液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Cは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、ビームサイズがØ4 mmの3種類の異なるレーザを使用して3種類の波長で行いました。レーザの種類と波長は以下の通りです: 1064 nm(FWHM帯域幅:1.5 nm)、1310 nm(MCLS1-1310、FWHM帯域幅:1 nm)、1550 nm(旧製品T-Cube™TLS001-1550、FWHM帯域幅:1 nm)。

*代替品は安定化HeNeレーザHRS015Bとなります。


透過率

DPP25-A Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Aは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Aは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。
DPP25-B Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Bは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Bは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。
DPP25-C Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Cは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Cは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。

偏光度(DOP)vs.入射角

DPP25-A Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Aは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Aは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、ビームサイズØ1 mm、532 nmの半導体レーザーモジュールCPS532(FWHM帯域幅:1 nm)を使用しました。
DPP25-B Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Bは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Bは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、ビームサイズØ1 mm、780 nmの半導体レーザーモジュールCPS192(FWHM帯域幅:1 nm)を使用しました。
DPP25-C Polarization vs. Wavelength
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DPP25-Cは液晶ポリマのデポラライザで、DPU-25-Cは当社の石英ウェッジデポラライザの1つです。このテストでは、ビームサイズØ1 mm、1310 nmの半導体レーザーモジュールMCLS1-1310(FWHM帯域幅:1 nm)を使用しました。

偏光度(DOP)vs.回転角度

下のグラフでは、デポラライザが回転したときの偏光度(DOP)の変動例を示しています。実際の性能は製品毎に異なり、また、ビームの照射位置によっても違ってきます。デポラライザを表面に垂直な軸の周りを回転させると、偏光度が変動します。しかし、全体的にはØ0.5 mmのビームにおける液晶ポリマーデポラライザの偏光度は、石英ウェッジ設計のデポラライザより低くなります。型番に-Bと-Cがつくデポララライザも同様の結果が得られます。

DPP25-A Polarization vs. Wavelength
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上のグラフは、デポラライザを回転させた際の特性を示しています。このテストでは、ビームサイズØ0.5 mm、532 nmの半導体レーザーモジュールCPS532(FWHM帯域幅:1 nm)を使用しました。石英ウェッジのデポラライザの0°は、厚い方のウェッジのファスト軸を示している切欠きと平行方向になります。液晶ポリマのデポラライザの0°は、ファスト軸方向に平行な線となります(ファスト軸方向を示している図は「概要」タブでご覧いただけます)。
Damage Threshold Specifications
Item # SuffixDamage Threshold
-A7.5 J/cm² at 532 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.504 mm
-B7.5 J/cm² at 810 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.144 mm
-C7.5 J/cm² at 1542 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.123 mm

当社のアクロマティックデポラライザの損傷閾値データ

右の仕様は当社のアクロマティックデポラライザの測定値です。

 

レーザによる損傷閾値について

このチュートリアルでは、レーザ損傷閾値がどのように測定され、使用する用途に適切な光学素子の決定にその値をどのようにご利用いただけるかを総括しています。お客様のアプリケーションにおいて、光学素子を選択する際、光学素子のレーザによる損傷閾値(Laser Induced Damage Threshold :LIDT)を知ることが重要です。光学素子のLIDTはお客様が使用するレーザの種類に大きく依存します。連続(CW)レーザは、通常、吸収(コーティングまたは基板における)によって発生する熱によって損傷を引き起こします。一方、パルスレーザは熱的損傷が起こる前に、光学素子の格子構造から電子が引き剥がされることによって損傷を受けます。ここで示すガイドラインは、室温で新品の光学素子を前提としています(つまり、スクラッチ&ディグ仕様内、表面の汚染がないなど)。光学素子の表面に塵などの粒子が付くと、低い閾値で損傷を受ける可能性があります。そのため、光学素子の表面をきれいで埃のない状態に保つことをお勧めします。光学素子のクリーニングについては「光学素子クリーニングチュートリアル」をご参照ください。

テスト方法

当社のLIDTテストは、ISO/DIS 11254およびISO 21254に準拠しています。

初めに、低パワー/エネルギのビームを光学素子に入射します。その光学素子の10ヶ所に1回ずつ、設定した時間(CW)またはパルス数(決められたprf)、レーザを照射します。レーザを照射した後、倍率約100倍の顕微鏡を用いた検査で確認し、すべての確認できる損傷を調べます。特定のパワー/エネルギで損傷のあった場所の数を記録します。次に、そのパワー/エネルギを増やすか減らすかして、光学素子にさらに10ヶ所レーザを照射します。このプロセスを損傷が観測されるまで繰返します。損傷閾値は、光学素子が損傷に耐える、損傷が起こらない最大のパワー/エネルギになります。1つのミラーBB1-E02の試験結果は以下のようなヒストグラムになります。

LIDT metallic mirror
上の写真はアルミニウムをコーティングしたミラーでLIDTテストを終えたものです。このテストは、損傷を受ける前のレーザのエネルギは0.43 J/cm2 (1064 nm、10 ns pulse、 10 Hz、Ø1.000 mm)でした。
LIDT BB1-E02
Example Test Data
Fluence# of Tested LocationsLocations with DamageLocations Without Damage
1.50 J/cm210010
1.75 J/cm210010
2.00 J/cm210010
2.25 J/cm21019
3.00 J/cm21019
5.00 J/cm21091

試験結果によれば、ミラーの損傷閾値は 2.00 J/cm2 (532 nm、10 ns pulse、10 Hz、 Ø0.803 mm)でした。尚、汚れや汚染によって光学素子の損傷閾値は大幅に低減されるため、こちらの試験はクリーンな光学素子で行っています。また、特定のロットのコーティングに対してのみ試験を行った結果ではありますが、当社の損傷閾値の仕様は様々な因子を考慮して、実測した値よりも低めに設定されており、全てのコーティングロットに対して適用されています。

CWレーザと長パルスレーザ

光学素子がCWレーザによって損傷を受けるのは、通常バルク材料がレーザのエネルギを吸収することによって引き起こされる溶解、あるいはAR(反射防止)コーティングのダメージによるものです[1]。1 µsを超える長いパルスレーザについてLIDTを論じる時は、CWレーザと同様に扱うことができます。

パルス長が1 nsと1 µs の間のときは、損傷は吸収、もしくは絶縁破壊のどちらかで発生していると考えることができます(CWとパルスのLIDT両方を調べなければなりません)。吸収は光学素子の固有特性によるものか、表面の不均一性によるものかのどちらかによって起こります。従って、LIDTは製造元の仕様以上の表面の質を有する光学素子にのみ有効です。多くの光学素子は、ハイパワーCWレーザで扱うことができる一方、アクロマティック複レンズのような接合レンズやNDフィルタのような高吸収光学素子は低いCWレーザ損傷閾値になる傾向にあります。このような低い損傷閾値は接着剤や金属コーティングにおける吸収や散乱によるものです。

Linear Power Density Scaling

線形パワー密度におけるLIDTに対するパルス長とスポットサイズ。長パルス~CWでは線形パワー密度はスポットサイズにかかわらず一定です。 このグラフの出典は[1]です。

Intensity Distribution

繰返し周波数(prf)の高いパルスレーザは、光学素子に熱的損傷も引き起こします。この場合は吸収や熱拡散率のような因子が深く関係しており、残念ながらprfの高いレーザが熱的影響によって光学素子に損傷を引き起こす場合の信頼性のあるLIDTを求める方法は確立されておりません。prfの大きいビームでは、平均出力およびピークパワーの両方を等しいCW出力と比較する必要があります。また、非常に透過率の高い材料では、prfが上昇してもLIDTの減少は皆無かそれに近くなります。

ある光学素子の固有のCWレーザの損傷閾値を使う場合には、以下のことを知る必要があります。

  1. レーザの波長
  2. ビーム径(1/e2)
  3. ビームのおおよその強度プロファイル(ガウシアン型など)
  4. レーザのパワー密度(トータルパワーをビームの強度が1/e2の範囲の面積で割ったもの)

ビームのパワー密度はW/cmの単位で計算します。この条件下では、出力密度はスポットサイズとは無関係になります。つまり、スポットサイズの変化に合わせてLIDTを計算し直す必要がありません(右グラフ参照)。平均線形パワー密度は、下の計算式で算出できます。

ここでは、ビーム強度プロファイルは一定であると仮定しています。次に、ビームがホットスポット、または他の不均一な強度プロファイルの場合を考慮して、おおよその最大パワー密度を計算する必要があります。ご参考までに、ガウシアンビームのときはビームの強度が1/e2の2倍のパワー密度を有します(右下図参照)。

次に、光学素子のLIDTの仕様の最大パワー密度を比較しましょう。損傷閾値の測定波長が光学素子に使用する波長と異なっている場合には、その損傷閾値は適宜補正が必要です。おおよその目安として参考にできるのは、損傷閾値は波長に対して比例関係であるということです。短い波長で使う場合、損傷閾値は低下します(つまり、1310 nmで10 W/cmのLIDTならば、655 nmでは5 W/cmと見積もります)。

CW Wavelength Scaling

この目安は一般的な傾向ですが、LIDTと波長の関係を定量的に示すものではありません。例えば、CW用途では、損傷はコーティングや基板の吸収によってより大きく変化し、必ずしも一般的な傾向通りとはなりません。上記の傾向はLIDT値の目安として参考にしていただけますが、LIDTの仕様波長と異なる場合には当社までお問い合わせください。パワー密度が光学素子の補正済みLIDTよりも小さい場合、この光学素子は目的の用途にご使用いただけます。

当社のウェブ上の損傷閾値の仕様と我々が行った実際の実験の値の間にはある程度の差があります。これはロット間の違いによって発生する誤差を許容するためです。ご要求に応じて、当社は個別の情報やテスト結果の証明書を発行することもできます。損傷解析は、類似した光学素子を用いて行います(お客様の光学素子には損傷は与えません)。試験の費用や所要時間などの詳細は、当社までお問い合わせください。

パルスレーザ

先に述べたように、通常、パルスレーザはCWレーザとは異なるタイプの損傷を光学素子に引き起こします。パルスレーザは損傷を与えるほど光学素子を加熱しませんが、光学素子から電子をひきはがします。残念ながら、お客様のレーザに対して光学素子のLIDTの仕様を照らし合わせることは非常に困難です。パルスレーザのパルス幅に起因する光学素子の損傷には、複数の形態があります。以下の表中のハイライトされた列は当社の仕様のLIDT値が当てはまるパルス幅に対する概要です。

パルス幅が10-9 sより短いパルスについては、当社の仕様のLIDT値と比較することは困難です。この超短パルスでは、多光子アバランシェ電離などのさまざまなメカニクスが損傷機構の主流になります[2]。対照的に、パルス幅が10-7 sと10-4 sの間のパルスは絶縁破壊、または熱的影響により光学素子の損傷を引き起こすと考えられます。これは、光学素子がお客様の用途に適しているかどうかを決定するために、レーザービームに対してCWとパルス両方による損傷閾値を参照しなくてはならないということです。

Pulse Durationt < 10-9 s10-9 < t < 10-7 s10-7 < t < 10-4 st > 10-4 s
Damage MechanismAvalanche IonizationDielectric BreakdownDielectric Breakdown or ThermalThermal
Relevant Damage SpecificationN/APulsedPulsed and CWCW

お客様のパルスレーザに対してLIDTを比較する際は、以下のことを確認いただくことが重要です。

Energy Density Scaling

エネルギ密度におけるLIDTに対するパルス長&スポットサイズ。短パルスでは、エネルギ密度はスポットサイズにかかわらず一定です。このグラフの出典は[1]です。

  1. レーザの波長
  2. ビームのエネルギ密度(トータルエネルギをビームの強度が1/e2の範囲の面積で割ったもの)
  3. レーザのパルス幅
  4. パルスの繰返周波数(prf)
  5. 実際に使用するビーム径(1/e2 )
  6. ビームのおおよその強度プロファイル(ガウシアン型など)

ビームのエネルギ密度はJ/cm2の単位で計算します。右のグラフは、短パルス光源には、エネルギ密度が適した測定量であることを示しています。この条件下では、エネルギ密度はスポットサイズとは無関係になります。つまり、スポットサイズの変化に合わせてLIDTを計算し直す必要がありません。ここでは、ビーム強度プロファイルは一定であると仮定しています。ここで、ビームがホットスポット、または他の不均一な強度プロファイルの場合を考慮して、おおよその最大パワー密度を計算する必要があります。ご参考までに、ガウシアンビームのときは一般にビームの強度が1/e2のときの2倍のパワー密度を有します。

次に、光学素子のLIDTの仕様と最大エネルギ密度を比較しましょう。損傷閾値の測定波長が光学素子に使用する波長と異なっている場合には、その損傷閾値は適宜補正が必要です[3]。経験則から、損傷閾値は波長に対して以下のような平方根の関係であるということです。短い波長で使う場合、損傷閾値は低下します(例えば、1064 nmで 1 J/cm2のLIDTならば、532 nmでは0.7 J/cm2と計算されます)。

Pulse Wavelength Scaling

 

波長を補正したエネルギ密度を得ました。これを以下のステップで使用します。

ビーム径は損傷閾値を比較する時にも重要です。LIDTがJ/cm2の単位で表される場合、スポットサイズとは無関係になりますが、ビームサイズが大きい場合、LIDTの不一致を引き起こす原因でもある不具合が、より明らかになる傾向があります[4]。ここで示されているデータでは、LIDTの測定には<1 mmのビーム径が用いられています。ビーム径が5 mmよりも大きい場合、前述のようにビームのサイズが大きいほど不具合の影響が大きくなるため、LIDT (J/cm2)はビーム径とは無関係にはなりません。

次に、パルス幅について補正します。パルス幅が長くなるほど、より大きなエネルギに光学素子は耐えることができます。パルス幅が1~100 nsの場合の近似式は以下のようになります。

Pulse Length Scaling

お客様のレーザのパルス幅をもとに、光学素子の補正されたLIDTを計算するのにこの計算式を使います。お客様の最大エネルギ密度が、この補正したエネルギ密度よりも小さい場合、その光学素子はお客様の用途でご使用いただけます。ご注意いただきたい点は、10-9 s と10-7 sの間のパルスにのみこの計算が使えることです。パルス幅が10-7 sと10-4 sの間の場合には、CWのLIDTも調べなければなりません。

当社のウェブ上の損傷閾値の仕様と我々が行った実際の実験の値の間にはある程度の差があります。これはロット間の違いによって発生する誤差を許容するためです。ご要求に応じて、当社では個別のテスト情報やテスト結果の証明書を発行することも可能です。詳細は、当社までお問い合わせください。


[1] R. M. Wood, Optics and Laser Tech. 29, 517 (1997).
[2] Roger M. Wood, Laser-Induced Damage of Optical Materials (Institute of Physics Publishing, Philadelphia, PA, 2003).
[3] C. W. Carr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 127402 (2003).
[4] N. Bloembergen, Appl. Opt. 12, 661 (1973).

Quartz-Wedge Depolarizer
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石英ウェッジデポラライザの側面

動作原理

石英ウェッジアクロマティックデポラライザは、ファスト軸が互いに45°の角度に設定されたウェッジ状の複屈折プレート2枚から構成されています。45°オフセットしているため、あらゆる偏光状態の入射光をデポラライズすることができます。1枚目のプレートのファスト軸に平行な直線偏光の光が入射しても、2枚目の複屈折性により偏光状態が変化します。 形状がウェッジ状であるため、各複屈折プレートを透過する光の光路長はビーム位置によって異なり、実効的な複屈折性と最終的な偏光状態は開口内の空間的な位置に依存します。これらの光学素子は真にデポラライズするわけではなく、正確には偏光状態に微細な空間依存性を与えるというものです。しかしビーム径が十分に大きければ、出射ビームは無偏光ビームに似てきます。 

単色ビームのビーム全体に対して顕著なデポラライズ特性を得るには、ビーム径を6 mm以上にする必要があります。広帯域光源の場合は、複屈折性はプレート内の光路長のほかに波長によっても変化するため、このような条件は求められません。

出射ビームの偏光状態の空間的周期性 

出射ビームの偏光状態の空間的周期性は、直線偏光の単色光源を使用して容易に観測できます。この空間的周期性が見えるようにするには、直線偏光した単色ビームのビームウェストは6 mm以上なければなりません。この効果を観測するために、デポラライザの厚いウェッジに対してビームが垂直に入射するように石英ウェッジデポラライザを設置します。

ビームの空間的周期性を観測するには、石英ウェッジデポラライザの出射側に直線偏光子(アナライザ)を設置します。強度の変化は下の疑似カラープロット図が示すように帯状になります。帯状になるのは、厚いウェッジの厚さが傾斜する方向に対して直交する直線上では、偏光の回転量が同じになるためです。以下では、入射光とデポラライザの角度を変えたいくつかの例を説明します。

例1:

最初の例では、波長635 nm、ビームウェスト20 mmの直線偏光を使用します。光はデポラライザの厚いウェッジに対して垂直に入射します。偏光方向は厚いウェッジの光軸(ファスト軸)に平行です。薄いウェッジの光軸は、入射光の偏光方向および厚いウェッジの光軸に対して、ともに45oの角度になります。この場合、ウェッジの傾斜方向も入射光の偏光に対して平行になります。 

厚いウェッジと薄いウェッジの光軸、および入射光の偏光方向を図1に示します。入射光の偏光方向は赤、厚いウェッジの光軸は青、薄いウェッジの光軸は緑で示しています。デポラライザの図(青い実線)の上部のフラットな部分は、厚いウェッジの光軸に対して垂直方向にカットされた部分です。図の右側のフラットな部分(青い点線)は、薄いウェッジの光軸に対して垂直方向にカットされた部分です。

図2は、偏光状態の理論的な空間依存性についてのプロット図です。この疑似カラーのプロット図は、上記の偏光状態の入射ビームに対する、石英ウェッジデポラライザからの出射ビームの偏光状態を示しています。 

凡例 
Legend

この帯状の疑似カラープロットは、水平軸方向(入射光の偏光方向に垂直)から垂直軸方向(入射光の偏光方向に平行)まで変化する偏光状態に対して、同一の偏光状態の領域を区分して表示しています。この例では、それら2つの偏光状態の間隔は約2 mmです。帯の向きは厚いウェッジの光軸に対して垂直であり、この場合は入射光の偏光方向に対しても垂直です。

0 pol - 45 degree wedge incline depolarizer
図1.入射光の偏光方向は厚いウェッジの光軸に平行
0 Degree Depolarization
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図2.厚いウェッジの光軸に平行な直線偏光を入射したときの、デポラライザ透過後の偏光状態の疑似カラープロット(計算値) 

例2:

この例では前述と同じ直線偏光の光源を使用していますが、入射光の偏光方向は異なり、薄いウェッジの光軸に対して平行で、厚いウェッジの光軸に対して45°の方向になります。厚いウェッジと薄いウェッジの光軸および入射光の偏光方向を図3に示します。入射光の偏光方向は赤、厚いウェッジの光軸は青、薄いウェッジの光軸は緑で示しています。デポラライザの図(青い実線)の上部のフラットな部分は、厚いウェッジの光軸に対して垂直方向にカットされた部分です。図の右側のフラットな部分(青い点線)は、薄いウェッジの光軸に対して垂直方向にカットされた部分です。 

図4は、このような条件において、石英ウェッジデポラライザを透過する光の偏光状態を計算した結果を示しています。図2と同様、疑似カラープロットに示された帯は、空間に依存する偏光状態に対して、同一の偏光状態の領域を表したものです。ここで、帯の方向が厚いウェッジの光軸(およびウェッジの傾斜方向)に対 して垂直であることにご留意ください。また入射光の偏光方向は帯の方向には影響しません。

入射光の偏光方向の回転は、帯内の個々の偏光状態に対してのみ影響します。これは図2と図4の垂直軸の0 mm位置における帯を比較することで簡単に分かります。図2での0 mmにおける帯の偏光状態は円偏光(45o)であるのに対し、図4での0 mmの帯の偏光状態は垂直方向の直線偏光(90o)になっています。

0 pol - 45 degree wedge incline depolarizer
図3.入射光の偏光方向は薄いウェッジの光軸に平行 
45 Degree Depolarization
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図4.薄いウェッジの光軸に平行な直線偏光を入射したときの、デポラライザ透過後の偏光状態の疑似カラープロット(計算値) 

例3: 

この最後の例も、入射光の特性は例1と同じです。しかし石英ウェッジデポラライザは45o回転しているので、入射光の偏光方向は薄いウェッジの光軸に対して平行になります。これらの条件を図5に示します。図のような偏光方向(赤い矢印)の入射光を厚いウェッジに入射するのは例1と同様ですが、この偏光方向は薄いウェッジのフラットな部分に対しては垂直となります。 

図6の疑似カラープロットは、上記の入射光が石英ウェッジデポラライザを透過したときの偏光状態を計算した結果を表わしています。帯の向きが図2や4と全く違うことが確認できます。パターンが45o傾くのは、帯は厚いウェッジの光軸とウェッジの傾斜方向の両方に対して垂直な方向に沿うためです。

0 pol - 45 degree wedge incline depolarizer
図5.入射光の偏光状態は薄いウェッジの光軸に平行で、ウェッジに対しては45o
45 Degree Depolarization
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図6.薄いウェッジの光軸に平行な直線偏光をウェッジに対して45oの角度で入射したときの、デポラライザ透過後の偏光状態の疑似カラープロット(計算値)

Posted Comments:
sarayuyammanuru  (posted 2018-03-22 14:22:17.913)
Hello, I have gone through the information on this page but it did not find the exact working principle DPU -25 depolariser. Can you please brief it? Thank you
tfrisch  (posted 2018-03-23 09:23:10.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. Without getting too far into the design or mathematics of these depolarizers, each one is made of two birefringent, wedged plates. Because they are wedged, the amount of birefringence depends on the position of the beam. Furthermore, the two plates have optic axes which are rotated by 45 degrees with respect to each other. Since birefringence adds geometrically, each position on the aperture will have a net-birefringence and optic-axis-orientation which are each spatially dependent on the position of the beam on the aperture of the depolarizer. For a large beam, the output beam will behave similarly to an unpolarized beam. However, it would be more correct to state that these optics give a fine spatial dependence to polarization rather than truly depolarize it. I will reach out to you directly to discuss any further questions you may have.
inzenith  (posted 2017-07-04 00:14:00.04)
Hello. You've explained about single mode fiber in Fiber Applications section, can i use this product for multimode mode Fiber? thank you
tfrisch  (posted 2017-08-04 10:05:07.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. While you would be able to use a quartz depolarizer with multimode fiber, you likely would not need to as modes in the multimode fiber would already have different polarization states leading to a very complex spatial dependence on polarization state on the fiber output. I will reach out to you directly to discuss this further.
aayeb  (posted 2017-03-20 10:55:52.867)
Dear Thorlabs team, Would you have LIDT values for the component DPU-25-C at 1064nm in CW? I might use it with a rectangular beam of 1mm x 10mm with a 100W power. Thanks for your answer, Adam
tfrisch  (posted 2017-03-30 10:18:52.0)
Hello, thank you for contacting Thorlabs. While we don't have a formal CW damage threshold for these, I will reach out to you directly your source. My biggest concern is actually the beam size as it is smaller than 6mm in one dimension. A depolarizer will give the beam a spatial dependence on the polarization as a polarized source will never be truly depolarized. I will reach out to you to discuss this as well.
aayeb  (posted 2016-07-19 14:40:29.457)
As explained in the product description, a deviation caused by the birefringence appears with this kind of depolarizers. Would you have a value for this deviation at 532nm? Thank you
cverge  (posted 2015-08-31 16:06:34.937)
You seem to have much data on the narrow band varieties of DPU-25 (a,b,c) but none on the uncoated version DPU-25 except its transmission. Can I get plots of DOP v.s wavelength and beam size for the uncoated DPU-25 ? Thanks, Clarence Verge Engineering Manager Sciencetech Inc.
besembeson  (posted 2015-09-02 01:28:47.0)
Response from Bweh at Thorlabs USA: We have not measured the uncoated ones yet. But they will have similar performance as the coated ones, except for the % reflection and transmission.
mike.atlas  (posted 2015-02-12 15:03:34.493)
Is there a specification for the overall optical wedge for the DPU-25. Since the DPL-25 is constructed from two opposing wedges there should be some residual wedge from misalignment of the wedge angles around the optical axis and the tolerance on the wedge angles. The residual optical wedge would deflect the incident beam. Is the re a spec for the maximum beam deviation angle?
besembeson  (posted 2015-02-18 07:55:39.0)
Response from Bweh at Thorlabs USA: The design and alignment intent for these units is best depolarization, and not best beam deviation. The wedge error of individual components could be as much as 3-4 min. Cumulative errors of wedges, spacer and alignment could yield a wedge of 10 min for outer surfaces and an approximately 5 min beam deviation.
mike.atlas  (posted 2013-03-11 09:58:18.607)
I your descriptions of polarization optics the word OPTICAL axis is used erroneously. Instead OPTIC axis should be used. See below: "OPTIC AXIS is an optical path through a crystal along which a ray of light can pass without undergoing double refraction" "optic axis - in a doubly refracting crystal, the line in the direction of which no double refraction occurs; "a crystal may have either one or two optic axes"" "Optic axis the direction in a uniaxial crystal or one of the two directions in a biaxial crystal along which a ray of unpolarized light may pass without undergoing double refraction"
sharrell  (posted 2013-03-12 09:48:00.0)
Response from Sean at Thorlabs: Thank you for your feedback. We've updated our depolarizer presentation to properly say "optic axis" where appropriate, and I'll check our other crystalline optic pages in the coming days to ensure we haven't made the same error elsewhere.
kongfanhe  (posted 2012-07-14 20:03:01.0)
Dear Sir/Madam: We have bought a DPU-25, and we found that the period of the interference pattern is 2mm (for polarization state plot, in the example 1 of the tutorial), instead of 4mm. Could you help me to verify if the period of the false-color plot in that example is really 2mm? Kind regards, Frank
kongfanhe  (posted 2012-07-14 13:42:36.0)
Dear Sir/Madam: We have bought a DPU-25, and we found that the period of the interference pattern is 2mm (for polarization state plot, in the example 1 of the tutorial), instead of 4mm. Could you help me to verify if the period of the false-color plot in that example is really 2mm? Kind regards, Frank
bdada  (posted 2012-03-16 19:23:00.0)
Response from Buki at Thorlabs to m.kulkarni88: Thank you for your feedback. The diameter of the DPU-25 depolarizer is 25.4mm, so it should work well for your 5 x 7mm beam. We have contacted you to discuss any other concerns you may have about using this depolarizer.
m.kulkarni88  (posted 2012-03-13 17:06:50.0)
I am trying to depolarize the light at the exit slit of a monochromator. The 8-12nm wide light beam is rectangular, of size approximately 5mm by 7mm at the output slit. Will this depolarizer be effective at its job given these parameters? Thanks.
jjurado  (posted 2011-03-28 19:02:00.0)
Response from Javier at Thorlabs to cristoph.hauri: Thank you very much for contacting us with your request. The substrate of these achromatic depolarizers is crystal quartz, which yields a transmission for our uncoated DPU-25 polarizer >80% at 260 nm. It should also work with pulse widths of 1-2 nm; however, make sure that the damage threshold of the optic is not exceeded (100 W/cm^2). We currently do not have dispersion data, but I will look into this and get back to you.
christoph.hauri  (posted 2011-03-28 18:48:21.0)
is the product working around 260nm? is the substrate UV grade fused silica? IF not, would it be possible to order one made out of UV FS? how much dispersion is expected? the bandwidth of our pulse is 1-2 nm. Would this device work?
Thorlabs  (posted 2010-08-27 14:53:15.0)
Response from Javier at Thorlabs to dashamstyr: Thank you for your feedback. As mentioned on the Overview section, there is a non-zero divergence/offset associated with the DPUs. The reason is that since the optical axes of the wedges are not aligned, the output beam basically consists of two superimposed beams, each with different propagation vectors. This offset is,for the most part, negligible for freespace applications, but can create difficulties when cupling into single mode fiber.
dashamstyr  (posted 2010-08-26 13:56:57.0)
Do these depolarizers introduce any deviation to the beam axis? If so, how much can I expect for monochromatic light at 532nm?
Response  (posted 2010-07-30 11:53:26.0)
Response from Javier at Thorlabs to k1w05: Thank you for your feedback. Unfortunately, we do not have a damage threshold spec for pulsed input. We are currently embarking on a project to test the CW and pulsed damage specs for most, if not all, of our optics. As a guideline, with a ~24mm beam diameter, the maximum power input should be limited to ~450 W. Based on the pulse width of your source, you can calculate the peak power, which should not exceed this value. I will let you know as soon as we have the results for the DPU-25, and we will post them on the web.
k1w05  (posted 2010-07-29 16:10:40.0)
In the specification table of DPU-25, just CW threshold is given. Im wondering the threshold of pulse laser. My lasers rep. rate is 20Hz, wavelength 532nm, pulse energy about 100mJ, beam diameter 24mm after beam expanding. Thank you!
klee  (posted 2009-11-06 10:29:51.0)
A response from Ken at Thorlabs to robert.brown: The plots on this web page are for our current stock. The plots on our new V20 catalog are for our future stock which we should have in a few weeks.
robert.brown  (posted 2009-11-05 09:20:23.0)
The broadband coatings for this product seem to be different for the plots tab and what is presented in the catalogue. Can you confirm which is correct? thanks
apalmentieri  (posted 2009-05-26 10:13:33.0)
A response from Adam at Thorlabs: The depolarizers are made with two pieces of quartz wedges that are epoxied together. As the polarized light passes through the quartz, the polarization state of the light will change. Since the quartz pieces are wedged, the path length of the light at each point in the beam will be different along the axis of the wedge. This difference in path length causes a layering effect in the polarization states, which is responsible for the periodical banding. As the path length increases over the beam diameter so the polarization state rotates through 2Pi retardance, you will notice that the banding pattern repeats itself.
ningjq  (posted 2009-05-26 09:05:09.0)
I can not understand the tutorial named "Spatial Periodicity in the Polarization of the Output Beam of a Monochromatic Beam of Light" upon the DPU depolarizer. Could you please tell me the physical origin of the periodical banding?
Tyler  (posted 2008-12-04 11:23:58.0)
A response from Tyler at Thorlabs: All the cemented depolarizers have been discontinued (search for WDPOL or LDPOL for information). The DPU series of depolarizers have an air gap between the two optics. This design makes them suitable for high-power applications (100 W/cm^2 damage threshold).
Tyler  (posted 2008-04-14 13:30:20.0)
Response from Tyler at Thorlabs to hagaie: The DPU series of depolarizers will work with monochromatic light sources (i.e., the depolarization of the linearly polarized incident beam is not dependent on its spectral width, only the physical diameter of the beam).
hagaie  (posted 2008-04-13 08:52:34.0)
How wide should be the input spectral width in order to get best results?
technicalmarketing  (posted 2007-10-17 08:59:44.0)
We apologize for this contradiction. These depolarizers feature cemented optics, making them sufficient for low-power applications. We have updated the presentation to reflect this information and apologize for any confusion we may have caused.
tnakai  (posted 2007-10-16 20:05:03.0)
It says "opticalyy contacted," but also says "cemented." Which is right ?
+1 数量 資料 型番 - ユニバーサル規格 定価(税抜) 出荷予定日
DPU-25 Support Documentation
DPU-25Quartz-Wedge Achromatic Depolarizer, Ø1", Uncoated Quartz Crystal
¥76,950
3-5 Days
DPU-25-A Support Documentation
DPU-25-AQuartz-Wedge Achromatic Depolarizer, Ø1", AR Coating: 350 - 700 nm
¥93,409
3-5 Days
DPU-25-B Support Documentation
DPU-25-BQuartz-Wedge Achromatic Depolarizer, Ø1", AR Coating: 650 - 1050 nm
¥93,409
3-5 Days
DPU-25-C Support Documentation
DPU-25-CQuartz-Wedge Achromatic Depolarizer, Ø1", AR Coating: 1050 - 1700 nm
¥93,409
3-5 Days
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