La fonction principale
La fonction principale d'un séparateur de faisceau est de diviser la lumière en fonction d'une ou plusieurs de ses propriétés :
· Intensité : Le type le plus courant divise un faisceau en une composante transmise et une composante réfléchie, généralement dans un rapport spécifique (par exemple, 50/50, 70/30, 90/10).
· Polarisation : les séparateurs de faisceaux polarisants (PBS) divisent la lumière en fonction de son état de polarisation, transmettant une polarisation (par exemple, polarisée P) et réfléchissant la polarisation orthogonale (par exemple, polarisée S).
· Longueur d'onde : les séparateurs de faisceaux dichroïques (ou filtres) dirigent la lumière en fonction de sa couleur (longueur d'onde), transmettant une gamme de longueurs d'onde tout en en réfléchissant une autre.
Principaux types de séparateurs de faisceaux
Les séparateurs de faisceaux sont classés selon leur conception et leur principe de fonctionnement :
1. Séparateur de faisceau à plaques
· Description : Un substrat de verre mince et plat avec un revêtement partiellement réfléchissant sur une face.
· Avantage : simple et économique.
· Inconvénient : Peut introduire des images fantômes et de l'astigmatisme en raison des réflexions de la seconde surface non revêtue et de l'épaisseur du verre. Souvent utilisé dans des applications non critiques.
2. Séparateur de faisceau cubique
· Description : Fabriqué en cimentant ensemble deux prismes à angle droit. L'hypoténuse d'un prisme est recouverte d'un film mince diélectrique ou métallique partiellement réfléchissant.
· Avantage : Pas d'images fantômes ni de déplacement du faisceau, car la surface de division est interne. Plus robuste et plus facile à monter.
· Inconvénient : Peut être sensible aux lasers de forte puissance, qui peuvent endommager la couche de ciment.
3. Séparateur de faisceau à pois
· Description : présente un motif de petits points réfléchissants (souvent de l'aluminium) déposés sur un substrat de verre. Les zones restantes sont traitées antireflet.
· Avantage : le rapport de division est relativement indépendant de la longueur d'onde et de la polarisation, ce qui le rend utile pour la lumière à large spectre.
· Inconvénient : Le motif peut diffracter la lumière, ce qui n'est pas souhaitable pour toutes les applications.
4. Séparateur de faisceau polarisant (PBS)
· Description : Un séparateur de faisceau cubique qui utilise un revêtement diélectrique multicouche conçu pour refléter un état de polarisation linéaire (polarisation S) et transmettre l'autre (polarisation P) avec une très haute efficacité (~ 99 %+).
· Application : essentiel pour isoler, contrôler et mesurer la polarisation dans des systèmes tels que les isolateurs optiques, l'informatique quantique et les écrans à cristaux liquides (LCD).
5. Séparateur de faisceau dichroïque (ou filtre)
· Description : Utilise des revêtements d'interférence sophistiqués pour réfléchir des longueurs d'onde spécifiques tout en en transmettant d'autres. La séparation est basée sur la couleur et non sur l'intensité.
· Application : omniprésent en microscopie à fluorescence (pour séparer la lumière d'excitation de la lumière émise), dans la combinaison/séparation des couleurs RVB dans les projecteurs et les caméras, et dans les systèmes d'imagerie multibandes.
Spécifications critiques
Lors de la sélection d'un séparateur de faisceau, les ingénieurs prennent en compte :
· Rapport de division (R/T) : Le rapport entre la puissance optique réfléchie (R) et transmise (T) (par exemple, 50/50).
· Plage de longueurs d'onde : spectre de lumière sur lequel le séparateur de faisceau est conçu pour fonctionner efficacement.
· Dépendance à la polarisation : indique si le rapport de division change avec la polarisation de la lumière d'entrée. Les séparateurs de faisceaux non polarisants sont spécialement conçus pour minimiser cet effet.
· Planéité de la surface : critique pour la préservation du front d'onde en interférométrie et en imagerie.
· Seuil de dommage : densité de puissance laser maximale à laquelle le revêtement peut résister sans dégradation.
Applications courantes
Les séparateurs de faisceaux sont indispensables dans de nombreux domaines :
· Interférométrie : (par exemple, Michelson, Mach-Zehnder) Pour créer des chemins séparés pour la lumière qui se recombineront plus tard pour former un motif d'interférence.
· Microscopie : notamment dans les microscopes à fluorescence et confocaux, pour diriger la lumière laser sur un échantillon puis transmettre la lumière émise à un détecteur.
· Systèmes optiques : dans les appareils photo, les télescopes et les photomètres pour détourner une partie de la lumière vers un capteur ou un viseur.
· Systèmes laser : pour la surveillance de la puissance (échantillonnage d'une petite partie du faisceau) et la combinaison de faisceaux de différentes longueurs d'onde.
· Télécommunications : Dans les réseaux de fibres optiques pour l'acheminement des signaux lumineux.
Conclusion
En résumé, un séparateur de faisceau est un composant optique polyvalent qui agit comme un « directeur de feux de circulation » pour les photons. Sa capacité à diviser la lumière par intensité, polarisation ou longueur d’onde en fait la pierre angulaire de l’optique moderne, permettant la fonctionnalité d’innombrables appareils scientifiques, industriels et grand public.
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