Polymer-Polarisatoren & -Verzögerer

Polarisatoren (auch Polarisationsfilter genannt) dienen der Analyse und Erzeugung definierter Polarisationszustände. Im Folgenden bieten wir einen Überblick über die Arten, den Aufbau, die Funktion und Anwendungen von Polarisationsoptiken basierend auf dichroitischen Polymerfolien. Sie sind eine preisgünstige und vielseitig anpassbare Alternative zu Wire-Grid-Polarisatoren, Polarisationsfiltern mit Nanopartikeln, Dünnschicht- und kristallinen Polarisatoren und sind in großen Größen verfügbar.

LINEARE POLYMER-POLARISATIONSFOLIEN

Lineare Polymer-Polarisationsfolien bestehen aus einer PVA-Folie (Polyvinylalkohol), die während des Fertigungsprozesses gestreckt und mit Jod eingefärbt wird und so nur das Licht einer einzelnen Polarisationsrichtung transmittiert (Abbildung 1). Alle anderen Schwingungsrichtungen des Lichts werden von der Folie geblockt (oder absorbiert im Falle eines dichroitischen Polarisators).

Abbildung 1: Unpolarisiertes Licht ist nach dem Durchgang durch einen Dünnschicht-Polarisator linear polarisiert.

Zur Stabilisierung, zum Schutz vor Umwelteinflüssen und zur einfacheren Handhabung wird die PVA-Polarisationsfolie bei der Herstellung beidseitig mit einem optisch neutralen TAC-Träger (Zellulosetriazetat) laminiert.

POLYMER-VERZÖGERUNGSFOLIEN

Im Allgemeinen werden Verzögerer aus zwei doppelbrechenden Materialien hergestellt. Diese zwei Materialien haben verschiedene Brechungsindexe in verschiedenen Achsen. Im Falle von Polymer-Verzögerungsfolien ist dieses Material normalerweise ein Polyvinylalkohol (PVA) oder ein anderes modifiziertes Polycarbonat. Die doppelbrechenden Eigenschaften des Materials werden durch eine Streckung der Polymerfolie erreicht. Das Material wird nicht gefärbt, sodass es im Vergleich zu linearem Polarisationsfilm transparent erscheint. Die sich ergebenden zwei Achsen bezeichnet man als „schnelle“ und „langsame“ Achse. Wenn Licht durch den Verzögerer fällt, wird der Anteil entlang der langsamen Achse verzögert, sodass eine Phasenverschiebung entsteht. Je nach Verzögerer beträgt diese Verschiebung üblicherweise eine viertel Welle (λ/4), halbe Welle (λ/2) oder ganze Welle (1λ).

Abbildung 2: Unpolarisiertes Licht, welches einen linearen Polarisator und einen λ/4-Verzögerer passiert, wird in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt.

Wenn linear polarisiertes Licht durch einen λ/2-Verzögerer fällt, wird die Polarisation um 90° gedreht. So wird beispielsweise vertikal polarisiertes Licht in horizontal polarisiertes Licht umgewandelt. Verzögerer sollten immer mit polarisiertem Licht eingesetzt werden.

Tabelle 1: Alle Verzögerungsfolien sind mit ihrer Verzögerung und Funktion gelistet und haben eine Designwellenlänge von 560 nm.

ZIRKULARE POLYMER-POLARISATOREN

Zirkulare Polymer-Polarisatoren (auch zirkulare Polarisationsfilme genannt) sind eine Kombination aus einer linearen Polarisationsfolie und einer λ/4-Verzögerungsfolie. Die schnelle Achse ist präzise unter 45° ausgerichtet. Einfallendes Licht wird so zunächst linear polarisiert und erfährt durch die nachgeordnete Verzögerungsfolie eine Phasenverschiebung, wird also in zirkular polarisiertes Licht umgewandelt (Abbildung 2). Je nach Orientierung der schnellen Achse der Verzögerungsfolie unter +45° oder -45° wird links- oder rechtszirkulares Licht erzeugt.
Trifft durch einen Zirkularpolarisator gefallenes Licht auf eine reflektierende Oberfläche, wird der Drehsinn umgekehrt, linkszirkulares Licht wird also in rechtszirkulares umgewandelt und umgekehrt. Trifft das Licht dann erneut auf den gleichen Zirkularpolarisator in der gleichen Orientierung, wird es komplett geblockt (absorbiert). Diesen Effekt bezeichnet man als optische Isolation und er wird beispielsweise zur Reflexunterdrückung an Displays und Bildschirmen sowie zur Bildtrennung in der 3D-Technologie genutzt (Abbildung 3).

Abbildung 3: Eine reflektierende Oberfläche ändert die Polarisationsrichtung von Licht und wird häufig in der optischen Isolation eingesetzt.