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Im Gegensatz zu nicht polarisierenden Strahlteilern (die das Licht nach Intensität aufteilen) nutzen polarisierende PBS die Brewster-Winkelgeometrie (wobei der Einfallswinkel dem Brewster-Winkel θB entspricht), um eine außergewöhnliche Polarisationsunterscheidung zu erreichen: Bei θB wird P-polarisiertes Licht mit minimaler Reflexion übertragen, während S-polarisiertes Licht stark reflektiert wird. Bei 1064 nm (einer üblichen Laserwellenlänge) übertragen diese Geräte beispielsweise typischerweise P-polarisiertes Licht (>95 % Transmission), während sie S-polarisiertes Licht reflektieren (>99 % Reflexion) . Die neuesten Designs umfassen fortschrittliche Dünnfilmbeschichtungen (z. B. dielektrische Stapelbeschichtungen), die durch Ionenstrahlsputtern abgeschieden werden – ein Prozess, der die Gleichmäßigkeit der Beschichtung gewährleistet (<1 % Dickenschwankung) und die Widerstandsfähigkeit gegen Laserschäden maximiert, wodurch sie für Hochleistungs-CW- und gepulste Laser geeignet sind.
Hohes Polarisations-Extinktionsverhältnis : Erreicht ein Extinktionsverhältnis von >1000:1 (das Verhältnis von gewünschter Polarisation zu unerwünschter Polarisation) bei der Designwellenlänge (Standard 1064 nm). Das bedeutet, dass pro 1000 übertragenen Einheiten P-polarisiertem Licht weniger als 1 Einheit S-polarisiertes Licht übertragen wird – entscheidend für Anwendungen wie die Quantenkryptographie, bei denen die Reinheit der Polarisation eine sichere Datenübertragung gewährleistet.
Hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Laserschäden : Getestet, um extremen Laserintensitäten standzuhalten, wobei dielektrisch beschichtete Modelle 2 J/cm⊃2 aushalten; bei 355 nm (10 ns Impulse, 20 Hz Wiederholungsrate) und 100 W/cm² CW-Leistung bei 1064 nm. Diese Beständigkeit wird durch hochreine Beschichtungsmaterialien (z. B. SiO₂, TiO₂) und eine Substratreinigung (Ultraschallreinigung in alkalischen Lösungen zur Entfernung von Verunreinigungen) vor der Abscheidung erreicht.
Breitbandleistung : Designstrategien für Langwellenpass (LWP) ermöglichen den Betrieb in erweiterten Wellenlängenbereichen über das primäre Designziel hinaus. Beispielsweise kann ein für 1064 nm ausgelegter PBS auch effektiv bei 980 nm (NIR) und 1310 nm (Telekommunikationswellenlänge) arbeiten, wobei das Extinktionsverhältnis nur um 5–10 % reduziert wird. Breitband-AR-Beschichtungen auf Eingangs-/Ausgangsoberflächen erweitern die Verwendbarkeit weiter über 400–1700 nm.
Präzisionswinkelfertigung : Hergestellt mit einem Einfallswinkel von 56,4° (der Brewster-Winkel für N-BK7-Glas bei 1064 nm) mit einer Toleranz von ±0,1° – diese enge Toleranz stellt sicher, dass die Polarisationstrennung über die gesamte Strahlöffnung hinweg konsistent bleibt. Der Keilwinkel des Strahlteilers (typischerweise 33,6° für einen Einfallswinkel von 56,4°) wird ebenfalls auf ±0,05° bearbeitet, um ein Beam-Walk-Off (seitliche Verschiebung des durchgelassenen Strahls) zu verhindern.
Langlebige Substrat- und Beschichtungskombination : Erhältlich in zwei Hauptsubstraten: UV-Quarzglas (ideal für UV-NIR-Anwendungen, 190–2500 nm) und N-BK7 (kostengünstig für sichtbares NIR, 400–2000 nm). Beide Substrate sind mit dielektrischen Beschichtungen gepaart, die eine hohe Haftfestigkeit (>5 N/mm², getestet durch Klebebandabziehen) und Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen (z. B. 95 % relative Luftfeuchtigkeit, Temperaturbereich -40 °C bis +80 °C) aufweisen.
Hochleistungslasersysteme : Ermöglichen die Strahlteilung und -kombination in Industrielasern (z. B. 1-kW-Faserlasern für das Metallschneiden) und Forschungslasern (z. B. ultraschnellen Ti:Saphir-Lasern für die Spektroskopie). Beim Laserschneiden teilt PBS einen einzelnen Strahl mit hoher Leistung in zwei Strahlen mit geringerer Leistung auf und ermöglicht so das gleichzeitige Schneiden von zwei Werkstücken – was die Produktionseffizienz verdoppelt.
Quantenoptik : Unverzichtbar für die polarisationsbasierte Manipulation und Erkennung von Quantenzuständen in Systemen wie der Quantenschlüsselverteilung (QKD) und dem Quantencomputing. Bei QKD trennt PBS verschränkte Photonenpaare (jeweils mit orthogonalen Polarisationen), um eine sichere Generierung von Verschlüsselungsschlüsseln zu ermöglichen – Extinktionsverhältnisse >1000:1 stellen sicher, dass Quantenzustände unverfälscht bleiben.
Metrologie : Bereitstellung polarisierter Lichtquellen für Ellipsometrie (Messung von Dünnschichtdicke und Brechungsindex) und Polarimetrie (Charakterisierung optischer Materialien). In der Halbleiterfertigung analysieren Ellipsometer mit PBS den Polarisationszustand des von Waferoberflächen reflektierten Lichts und ermöglichen so die Messung der Oxidschichtdicke mit einer Genauigkeit von ±0,1 nm.
Glasfaser : Schnittstelle zwischen optischen Freiraumsystemen und Glasfasernetzwerken, bei denen die Polarisationskontrolle für die Signalintegrität von entscheidender Bedeutung ist. Beispielsweise richtet PBS in Telekommunikationssystemen, die bei 1310 nm oder 1550 nm arbeiten, die Polarisation von Freiraumlasern an den Faserpolarisationsachsen aus und reduziert so den Signalverlust (Einfügedämpfung <0,5 dB).
Bildgebungssysteme : Verbessern Sie den Kontrast bei polarisationsempfindlichen Bildgebungsanwendungen, wie etwa der biomedizinischen Bildgebung (Erkennung von Krebsgewebe) und der Fernerkundung (Erkennung von Ölverschmutzungen). In der biomedizinischen Bildgebung trennt PBS polarisiertes Licht, das von gesundem und krebsartigem Gewebe reflektiert wird – krebsartiges Gewebe hat eine unterschiedliche Polarisationssignatur, wodurch es bereits in frühen Stadien unterscheidbar ist.
Drei Schlüsselfaktoren beeinflussen LIDT: Beschichtungsmaterialien, Abscheidungsprozess und Substratvorbereitung. Beschichtungsmaterialien mit hoher Bandlückenenergie (z. B. SiO₂, Bandlücke ~9 eV) sind widerstandsfähiger gegen laserinduzierten Durchschlag als Materialien mit geringer Bandlücke. Der Ionenstrahl-Sputter-Abscheidungsprozess (im Vergleich zur thermischen Verdampfung) erzeugt dichtere Beschichtungen mit weniger Defekten und erhöht den LIDT um 30–50 %. Durch die Vorbereitung des Substrats – einschließlich Ultraschallreinigung und Plasmaätzen zur Entfernung von Oberflächenverunreinigungen – werden Absorptionsstellen reduziert, die Schäden verursachen können. Wählen Sie für Hochleistungsanwendungen PBS mit „High-LIDT“-Spezifikationen und vermeiden Sie den Betrieb in der Nähe der maximalen Leistungsdichte (Reduzierung um 20–30 %).
Ja, aber geben Sie Femtosekunden-Modelle an, da Standardbeschichtungen bei kurzen Impulsen (fs vs. ns) unterschiedliche Schadenseigenschaften aufweisen können. Femtosekunden-PBS verwenden dickere dielektrische Beschichtungen (10–20 Schichten gegenüber 5–10 beim Standard), um die Impulsenergie gleichmäßiger zu verteilen und so die elektrischen Spitzenfelder in der Beschichtung zu reduzieren. Diese Modelle bewältigen typischerweise Impulsbreiten bis zu 10 fs und Spitzenleistungsdichten bis zu 10⊃1;⊃2; W/cm² (für 100 fs Pulse bei 800 nm). Bestätigen Sie immer den LIDT für Ihre spezifische Impulsbreite und Wellenlänge – fs LIDT ist oft niedriger als ns LIDT für die gleiche Beschichtung.
Standardmodelle funktionieren zuverlässig von -20 °C bis +70 °C , mit minimalen Änderungen im Extinktionsverhältnis (<5 % Variation) und Transmission (<2 % Variation) innerhalb dieses Bereichs. Bei Temperaturen außerhalb dieses Bereichs kann die Ausdehnung/Kontraktion des Substrats den Einfallswinkel verändern und das Extinktionsverhältnis verringern. Beispielsweise kann bei +100 °C die thermische Ausdehnung von N-BK7 (7,1 × 10⁻⁶ /°C) den Einfallswinkel um 0,2° verschieben und das Extinktionsverhältnis auf 500:1 senken. Für Anwendungen bei extremen Temperaturen (z. B. Luft- und Raumfahrt) verwenden hochstabile Versionen Quarzglassubstrate (geringere Wärmeausdehnung: 0,55 × 10⁻⁶ /°C) und flexible Beschichtungsverbindungen, wodurch der Bereich auf -40 °C bis +100 °C erweitert wird.
