Complutecno: Materiales Avanzados

POLARIZADOR ACROMÁTICO DE ALTAS PRESTACIONES Y BAJO COSTE

Descripción:

El Grupo Complutense de Óptica Aplicada (GCOA), del Departamento de Óptica de la Universidad Complutense Madrid ha desarrollado un polarizador lineal basado en medios ópticos anisótropos que alcanza altas prestaciones a un coste muy inferior a la tecnología convencional. Funciona de forma acromática entre el ultravioleta y el infrarrojo medio. Actualmente, se ha conseguido un coeficiente de extinción mejor que 1:200000.

¿Cómo funciona?:

Existen numerosos tipos de polarizadores que se pueden clasificar atendiendo a los mecanismos físicos que filtran la polarización de la luz, básicamente:

• La absorción selectiva de una componente de polarización en materiales llamados dicroicos,
• La polarización inducida por la reflexión de haces cercanos al ángulo de Brewster, y
• La diferente reflexión, refracción o difusión producida entre dos medios ópticos, de los cuales, al menos uno es anisótropo y por tanto afectando a los haces según sea la polarización.

Fig. 1: Polarizador prismático tipo Feussner.

Por otro lado, las multicapas ópticas interferenciales se usan para fabricar polarizadores que básicamente actúan amplificando el segundo mecanismo de polarización antes mencionado, aunque limitado a bandas espectrales finitas.

Los polarizadores acromáticos de diseño prismático y de más altas prestaciones pertenecen a la tercera categoría. Entre ellos encontramos diferentes subtipos de polarizadores, por ejemplo los llamados Glan-Thompson, Glan-Taylor, Wollaston, Rochon, etc,… y entre los posibles diseños de este ámbito en esta tecnología tenemos el tipo Feussner, cuya configuración es utilizada en la tecnología presentada y consiste en colocar una lamina anisótropa entre dos medios isótropos (ver Fig.1). En esta configuración, las componentes de polarización P y S encuentran diferentes interfases (saltos de índice de refracción), la componente P entra en reflexión total y se elimina del haz transmitido del que solo queda la componente S.

Así ocurre por ejemplo en el polímero estirado que usamos en el polarizador presentado, cuya birrefringencia es superior a 0.15, y el eje óptico con menor índice de refracción es perpendicular a la superficie de separación. Previamente, se han propuesto por otros autores, diferentes materiales para usar en esta configuración: nitrato de sodio, mica, calcita, etc... Sin embargo, aunque la configuración de Feussner presenta ventajas de diseño sobre otras, no ha encontrado una expansión comercial significativa. Las causas se han de buscar en la dificultad para producir materiales cristalinos en lámina delgada, con la suficiente birrefringencia y resistentes al medio ambiente. Todos estos problemas son ahora inexistentes con el material polimérico que introducimos en nuestra propuesta.

Las características y propiedades del polarizador desarrollado son:

• Banda de transmisión o utilización: 0.32 – 5.7 micras (UV-IR) dependiendo del vidrio elegido.
• Coeficiente de extinción de al menos 1:200000 o mejor. Transmisión en eje de polarización cercana al 100 %.
• Campo angular completo de funcionamiento de hasta 47º .
• Umbral de daño láser inducido en torno a 1 W/cm².
• El polímero anisótropo utilizado es resistente al ultravioleta, químicamente inerte y aguanta temperaturas de hasta 150 ºC.
• No hay límite al tamaño de la apertura ni a su forma.
• El vidrio óptico utilizado debe tener un índice de refracción n mayor que 1.52 en el visible.

Ventajas:

Fig. 2: Vista a través de dos polarizadores fabricados en
nuestro laboratorio.

Las principales ventajas del polarizador acromático son las siguientes:

• Uso de vidrios convencionales para fabricar los prismas (e incluso líquidos), y de un polímero accesible como sustito de los prismas de material cristalino.
• Mucho más barato que los polarizadores cristalinos convencionales (y sin embargo casi idéntico en prestaciones). Al menos 3-4 veces menos costoso de fabricar que un polarizador de calcita para una apertura de 10 mm e incluso mayor diferencia para aperturas mayores.
• Puede tener cualquier tamaño de apertura y forma. En particular, se pueden hacer de perfil circular y ajustar el máximo de apertura a las monturas rotadoras estándar de simetría circular, (los polarizadores de calcita tienen necesariamente una apertura cuadrada).
• Aperturas más grandes (hasta 100 x 100 mm y más) que los polarizadores cristalinos convencionales.
• Puede ser configurado como “Polarizer Beam Splitter” o PBS pero con mejores prestaciones y coste similar a los convencionales. Para un vidrio de índice de refracción de n>2.1 (por ejemplo ZnS) podemos fabricar un PBS con desviación de 90º.

¿Dónde se ha desarrollado?:

Esta tecnología ha sido desarrollada por el Grupo Complutense de Óptica Aplicada (GCOA).

Este Grupo de investigación, actualmente con más de 15 miembros, está dedicado a varias áreas de óptica aplicada: metrología basada en el procesado de franjas por ejemplo en la medida de formas y defectos en superficies, caracterización óptica de superficies y recubrimientos, dispositivos de polarización, codificadores ópticos de alta resolución, sensores basados en fibra óptica, control de calidad de lentes oftálmicas, antenas ópticas, etc.

[más información sobre el departamento y el grupo de investigación]

Y además:

El grupo ofrece sus cocimientos específicos sobre la tecnología descrita y su amplia experiencia en el desarrollo de proyectos de investigación.

Se busca colaboración para el desarrollo comercial de esta tecnología y/o otros desarrollos e investigaciones relacionados.