Weisen optische Filter eine Polarisationsabhängigkeit auf, und führt diese bei gesperrten Wellenlängen zu Lecktransmission?

Die kurze Antwort lautet ja. Die meisten optischen Filter weisen eine gewisse Polarisationsabhängigkeit auf, insbesondere bei Verwendung mit einem von 0° abweichenden Einfallswinkel (AOI). Diese Abhängigkeit kann tatsächlich zu Leistungseinbußen führen, einschließlich Lecktransmission im Sperrbereich.

1. Warum Polarisationsabhängigkeit auftritt

Optische Filter bestehen typischerweise aus dünnen Schichten dielektrischer Materialien mit alternierenden Brechungsindizes. Wenn Licht unter einem Winkel auf diese Schichten trifft, unterscheiden sich die Reflexions- und Transmissionskoeffizienten für s-polarisiertes Licht (senkrecht zur Einfallsebene) und p-polarisiertes Licht (parallel zur Einfallsebene).

Dieses durch die Fresnel-Gleichungen beschriebene Phänomen führt dazu, dass sich die spektrale Antwort des Filters „aufspaltet“:

• S-Polarisation: Weist im Allgemeinen einen höheren Reflexionsgrad und eine geringere Bandbreite auf.
• P-Polarisation: Weist im Allgemeinen einen geringeren Reflexionsgrad und eine größere Bandbreite auf.

2. Verschiebung der Mittenwellenlänge (CWL)

Mit zunehmendem AOI verschiebt sich das Durchlassband des Filters zu kürzeren Wellenlängen (Blauverschiebung). Die p-Polarisation verschiebt sich jedoch stärker und schneller als die s-Polarisation.

λ_θ=λ₀√1−(n_effsinθ)²

Aufgrund dieser unterschiedlichen Verschiebung weist ein bei einem großen Einfallswinkel verwendeter Filter zwei getrennte Transmissionspeaks auf. Bei Verwendung von unpolarisiertem Licht erscheint der resultierende „mittlere“ Peak breiter und weist eine geringere Spitzentransmission auf.

3. Lecktransmission bei gesperrten Wellenlängen

Die Polarisationsabhängigkeit kann die „Unterdrückungs-“ oder „Blockierungsfähigkeit“ eines Filters (seine optische Dichte oder OD) erheblich beeinflussen.

• Der „Leckage“-Mechanismus: In den Übergangsbereichen (den „Flanken“ des Filters) kann ein Polarisationszustand blockiert werden, während der andere teilweise transmittiert wird. Wenn Ihre Anwendung an einer Laserlinie eine bestimmte OD (z. B. OD6) erfordert, kann die Polarisationsaufspaltung dazu führen, dass sich die p-Polarisation in den „Leckage“-Bereich verschiebt, sodass der Filter unerwünschtes Licht faktisch durchlässt.
• Breitbandige Blockung: In Bereichen mit hoher Blockung weist die p-Polarisation bei großen Winkeln häufig einen geringeren Reflexionsgrad auf. Dies kann zu einem höheren „Rauschpegel“ führen, bei dem der Filter seine spezifizierte Blockung nicht für alle Polarisationszustände aufrechterhält.

Übersichtstabelle: Polarisationseffekte