Поляризаторы

Поляризаторы – это приспособления для получения, обнаружения и анализа поляризованного света, а также для исследований и измерений, основанных на явлении поляризации света. Типичными представителями являются поляризационные призмы и поляроиды. Поляризационные призмы делятся на два класса: однолучевые - дающие один плоскополяризованный пучок лучей; двулучевые – дающие два пучка лучей, поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях.

Из однолучевых призм наибольшее распространение получила призма Николя, называемая просто николем (рис.1.15). Она представляет собой двойную призму из исландского шпата, склеенную вдоль грани АВ канадским бальзамом (клей из смолы канадской сосны), показатель пре ломления которого n = 1,55. Оптическая ось призмы составляет с входной гранью угол 48^о. На передней грани призмы естественный луч, параллельный ребру СВ, разделяется на два луча: обыкновенный (n_o = 1,66) и необыкновенный (n_e = 1,51). При соответствующем подборе угла падения, равного или больше предельного, обыкновенный луч испытывает полное отражение (канадский бальзам для него является оптически менее плотной средой), а затем поглощается зачерненной поверхностью CВ. Необыкновенный луч выходит из кристалла незначительно смещенным относительно падающего луча (ввиду преломления на наклонных гранях АС и ВD).

В двулучевых поляризационных призмах используется различие в показателях преломления обыкновенного и необыкновенного лучей для разведения на возможно бٓольшие углы. Эти призмы составлены либо из двух склеенных прямоугольных призм из исландского шпата и стекла, либо из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптическими осями. В качестве примера на рис.1.16 показан ход лучей в призме Волластона. Естественный свет падает на входную грань AС первой призмы из кальцита с оптической осью, параллельной AС. Образовавшиеся два луча (обыкновенный и необыкновенный) идут в этой призме по одному направлению, но с разными скоростями (υ_о < υ_е); при этом оба луча поляризованы в двух взаимно перпендикулярных направлениях. На грани АD лучи преломляются различным образом (n_о> n_е) и выходят из призм пространственно разделенными.

Широкое распространение получили поляризаторы, действие которых основано на явлении дихроизма. Сильным дихроизмом обладают кристаллы турмалина: пластинка турмалина толщиной в 1 мм практически полностью поглощает обыкновенный луч. Также применяются поляроиды: пленки из целлулоида, на которые обычно наносят кристаллики геропатита – двоякопреломляющего вещества с сильно выраженным дихроизмом в видимой области спектра. Так, при толщине всего 0,1 мм такая пленка полностью поглощает обыкновенный луч, являясь в таком тонком слое хорошим поляризатором (анализатором). Недостаток поляроидов по сравнению с поляризационными призмами – их невысокая прозрачность, селективность поглощения при разных длинах волн и небольшая термостойкость.

Существуют устройства, называемые компенсаторами, позволяющие не только получать поляризованный свет, но и изменять разность фаз ортогональных колебаний светового поля. Например, с помощью компенсатора можно преобразовать эллиптически поляризованный свет в линейно поляризованный или наоборот. На рис.1.17 показана схема компенсатора Бабине. Компенсатор представляет собой пару кварцевых клиньев, образующих вместе плоскопараллельную пластину. Поскольку кварц – положительный кристалл, то n_o < n_e. Оптические оси клиньев перпендикулярны друг другу и перпендикулярны световому пучку. В такой конфигурации не происходит пространственного разделения лучей, однако пучок распадается на две волны, бегущие в одном направлении с разными скоростями. Разность фаз ортогональных колебаний, вносимая компенсатором, определяется выражением

(1.14)

где h ₁ и h ₂ – расстояния, пройденные световым лучом в первом и во втором клиньях. Разность фаз можно плавно менять, перемещая один из клиньев по плоскости соединения. Если же пучок достаточно широкий, то изменение разности фаз происходит при неподвижном компенсаторе по сечению пучка.

Часто на практике для управления поляризацией вместо компенсаторов используют специальные пластинки из анизотропных кристаллов, так называемые четвертьволновые и полуволновые пластинки. Рассмотрим плоскую гармоническую волну, падающую на пластинку, вырезанную из одноосного кристалла параллельно его оптической оси, так что оптическая ось перпендикулярна направлению падающего света (рис.1.18). В кристалле волна распадается на две линейно поляризованные – обыкновенную и необыкновенную. Из-за различия в показателях преломления между этими волнами возникает фазовый набег

(1.15)

где h – толщина пластинки. Изменение разности фаз ортогональных компонент светового поля изменяет состояние поляризации волны. Этот эффект и лежит в основе действия пластинок, управляющих поляризацией света.

Если толщина пластинки подобрана так, что d = p / 2, то разность хода необыкновенного и обыкновенного лучей равна четверти длины волны:

.

Такая пластинка получила название четвертьволновой.

Посмотрим, как, например, с помощью данной пластинки можно преобразовать линейную поляризацию света в круговую. Пластинку устанавливают так, что оптическая ось кристалла составляет угол в 45^о с направлением поляризации падающего света (рис.1.19). При этом на входе пластинки ортогональные колебания светового поля в обыкновенной и необыкновенной волнах синфазны и одинаковы по амплитуде. На выходе эти колебания оказываются сдвинутыми по фазе на δ = π /2. Согласно полученному ранее уравнению (см. формулу (1.6))

,

и такой свет будет иметь круговую поляризацию. Аналогичным образом можно осуществить и обратную операцию - преобразования круговой поляризации света в линейную.

Если толщина пластинки подобрана так, что d = p, то разность хода необыкновенного и обыкновенного лучей

Такая пластинка называется полуволновой.

Поиск по сайту: