Поляризаторы: принцип работы
Дата публикации: 28.04.2020 00:00
Экспериментальное обнаружение направления оптической оси
Сейчас большинство производителей указывает направление главной оси на корпусе поляризационной оптики. В случае отсутствия маркировки определить направление оси также нетрудно. Пусть падающий пучок смешанной поляризации под углом падает на отражающую поверхность и частично отражается. Если разместить на пути отраженного пучка поляризатор и вращать его в перпендикулярной направлению распространения волны плоскости (рис. 1), интенсивность проходящего излучения будет то уменьшаться, то увеличиваться. При отсутствии внешнего освещения в помещении можно определить направление главной оси поляроида, для этого не требуется никаких специальных устройств или приспособлений.
Рисунок 1. Направление главной оси поляризатора
Определение оптической оси поляризатора
Стандартная экспериментальная установка содержит лазер, поляризатор на фиксированном расстоянии и линейный поляризатор (поляроид) с известным направлением главной оси.
Суть опыта: при взаимно перпендикулярном расположении главных осей поляризаторов 1 и 2 (рис. 2) излучение на выходе из системы полностью гасится.
Двойное лучепреломление
Набор оборудования остается тем же, но между поляризаторами размещается волновая пластина. Поворотом пластины при неизменном положении поляризаторов 1 и 2 добейтесь полного гашения излучения. Тогда главная ось волновой пластины совпадет с положением главной оси поляризатора 1.
Рисунок 2. К определению главной оси поляризатора и иллюстрации двулучепреломления в волновой пластине
Вертикальное направление излучения относительно поверхности стола
- Если поляризационная оптика не установлена в оправы и не имеет маркировки о расположении главной оси, воспользуйтесь указаниями выше. Поляризатор установите в положение «0 градусов».
- По стандартам производства поляроид в оправе располагают так, что его главная ось находится в положении 90 градусов. Этот стандарт применим и для волновых пластин, в действительности существует погрешность поворота быстрой оси порядка 2-3 градуса.
Перпендикулярное направление излучения к поверхности образца
Эксперимент с призмой BK7. Источник света расположите так, чтобы свет проходил через поляризатор и, вращая его, его наблюдайте за изменением мощности отраженного от призмы света. Угол падения: 56.6 градусов к полированной поверхности призмы.
При поляризации, параллельной плоскости падения, существует угол падения, называемый углом Брюстера, при котором нет отраженной волны. Отраженная волна будет иметь преимущественную поляризацию перпендикулярно плоскости падения.
Поляризация отраженной волны
Колебания вектора напряженности, перпендикулярные плоскости падения (отраженный и падающий пучки лежат в одной плоскости), называются s-поляризацией; p-поляризация — поляризация света, для которой вектор напряжённости электрического поля лежит в плоскости падения. В качестве отражающего элемента можно использовать плоскопараллельную пластину BK7 без покрытия. Угол падения отрегулируйте так, чтобы он равнялся углу Брюстера (для BK7 угол Брюстера равен 56.6 градусов). Поляризатор расположите на пути падающего пучка. При вращении поляризатора наблюдается изменение мощности отраженного излучения, помимо отраженного будут наблюдаться поверхностное и обратное отражения. Подобно схеме из пункта выше, ось поляризатора может быть повернута на 0 и на 90 градусов. В качестве плоской пластины можно использовать любой другой образец, в том числе волновую пластину.
© OptoSigma
Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции OptoSigma на территории РФ
| Главная » Статьи и полезные материалы » Микроскопы » Статьи о микроскопах, микропрепаратах и исследованиях микромира » Назначение поляризатора и анализатора Поляризатор и анализатор – это конструктивные элементы поляризационных микроскопов, которые используются для изучения минералов, кристаллов, волокон и других анизотропных объектов, т. е. объектов, внутри которых световые волны распространяются неравномерно в разных направлениях. Чтобы лучше понять назначение поляризатора и анализатора, обратимся к теории. Любой свет – это электромагнитная волна, которое свойственно колебательное движение. И он распространяется в соответствии со строгими законами физики и делает это достаточно хаотично. Но однажды ученые обнаружили, что проходя через некоторые среды (объекты), свет начинает себя вести иначе. Его свойства остаются неизменными, а вот направление колебаний становится другим и более упорядоченным. Так было открыто явление поляризации. Поляризатор и анализатор: закон МалюсаПоляризатор – это устройство, которое делает из естественного (хаотичного) света поляризованный (упорядоченный). Анализатор – устройство, которое позволяет определять, поляризован свет или нет, и регулировать его интенсивность. Анализатор и поляризатор, отличия которых друг от друга заключаются лишь в конструкции и месте установки в микроскопе, еще называют поляроидами. Вместе они образуют пару «Поляризатор–Анализатор». Эта пара действует в соответствии с законом Малюса. Он гласит, что если плоскости поляроидов установить идентично друг другу, пропущенный через поляризатор свет будет проходить через анализатор полностью. В то же время, если расположить их под углом 90°, анализатор полностью заблокирует поляризационный свет. Таким образом, закон Малюса описывает четкую и строгую связь между количеством пропускаемого света и углом между плоскостями его пропускания. В рамках статьи мы разобрали понятия поляризатора и анализатора, закона Малюса и поляризации света. Отдельно скажем, что поляроиды можно устанавливать на обычные световые микроскопы. Например, в нашем интернет-магазине вы можете приобрести устройство для простой поляризации для микроскопов Levenhuk MED 1000. Оно позволит превратить обычный биологический микроскоп в поляризационный. Кроме того, наши консультанты всегда готовы помочь вам подобрать профессиональный микроскоп для решения разных задач. Звоните или пишите! 4glaza.ru Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru. Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления. Рекомендуемые товары
Другие обзоры и статьи о микроскопах, микропрепаратах и микромире:
|
TYDEX: ИК поляризаторы
Производимые нами инфракрасные поляризаторы предназначены для линейной поляризации излучения в режиме пропускания в спектральном диапазоне от 1.5 микрометров до миллиметровых длин волн. Они являются разновидностью дифракционных решеток и нарезаются на кристаллической или полимерной подложке. Решетка поляризатора представляет собой набор штрихов треугольного профиля. На одну из граней каждого штриха напыляется металлическое покрытие (алюминий).
Сферы применения:
- Микроскопия;
- Исследование тонких пленок;
- Исследование свойств полупроводников;
- Системы электро-оптической модуляции;
- Исследование ориентации молекул кристаллических и полимерных пленок;
- Изображающая оптика;
- Сенсоры и детекторы;
- Спектральные приборы
Некоторые свойства:
- Используются в диапазоне от ближнего ИК до ММ-диапазона;
- Изготавливаются как на кристаллических, так и на полимерных подложках;
- Компактность;
- Высокое пропускание в ИК-области;
- Высокая степень поляризации;
- Поляризаторы поставляются в оправах (защитное кольцо с маркировкой направления штрихов решетки).
Таб. 1 Преимущества решеточных поляризаторов перед другими типами поляризаторов.
| Решеточные поляризаторы |
Металлические сетки |
Брюстеровские и двулучепреломляющие поляризаторы |
| Относительно низкая стоимость | Применимо | Не применимо |
| Компактность (оптимальное соотношение внешних размеров и апертуры) |
Не применимо | Применимо |
| Отсутствие бокового сдвига изображения при нормальном падении луча |
Не применимо | Применимо |
| Малая чувствительность рабочих характеристик к углу падения |
Не применимо | Применимо |
| Возможность использования одного поляризатора для широкого диапазона длин волн |
Применимо | Применимо |
| Высокая механическая прочность (для кристаллических поляризаторов) |
Применимо | Не применимо |
Типы, спецификация и спектральные кривые
Кристаллические
Полимерные
Таб. 2 Параметры ИК-поляризаторов.
| Материал подложки | CaF2 | BaF2 | ZnSe | Ge | Фторопласт (тефлон) | Полипропилен | |
| Спектральный диапазон, микроны | 1-9 | 1.5-12 | 1.5-14 | 8-14 | 1.5-7 | 2-7 | >= 15 |
| Стандартная апертура, мм | Д25×25 | Д25×25 | Д25×25 | Д25×25 | Д25 | Д25 | |
| Размер оправы для стандартной апертуры, мм | Д42×8 или Д34.9×7.9 |
Д42×8 или Д34.9×7.9 |
Д42×8 или Д34.9×7.9 |
Д42×8 или Д34.9×7.9 |
Д42×8 или Д34.9×7.9 |
Д40х8 | |
| Макс. апертура, мм | 50×50/ /D50 |
50×50/ /D50 |
50×50/ /D50 |
50×50/ /D50 |
80 | 100 | 45 |
| Количество штрихов на мм | 2400 | 1200 | 1200 | 1200 | 2400 | 1200 | 1200 |
| Эффективный коэффициент пропускания К1 | >70% | >70% | 65-70%(одност. просветл. покрытие) >50% (без покрытия) |
>50% (одност. просветл. покрытие) | 75-85% | 75-80% | 70-90% (среднее 80) @15-1500 мкм |
| Пропускание нежелательной поляризации K2 | 1-2%@ 1.5 μm <0.5%@ 2 μm <0,1@ 3-9μm |
1-2%@ 2 μm <0.1%@ 11 μm |
1-2%@ 2 μm <0.1%@ 10 μm |
<0.1%@ 10 μm |
<1%@ 1.5 μm <0.5%@ 2μm <0.1%@ 3-7μm |
<2%@ 1.5 μm <0.1%@ 3 μm |
0.2 @15мкм <0.3 @15-600 мкм <1 @600-1500 мкм |
| Степень поляризации P1=(K1-K2) /(K1+K2) | 94-97% @1.5 μm >98%@ 2 μm >99%@ 3-9 μm |
94-97% @2 μm >99%@ 3-11 μm |
94-97%@2 μm (просветл. покрытие) 92-96%@2 μm (без покрытия) >99%@10 μm |
>99%@ 10 μm |
>97%@ 1.5 μm >99%@ 2-7 μm |
>97%@ 2 μm >99%@ 3-7 μm |
99.5 @15 мкм >96 @15-1500 мкм |
| Коэффициент экстинкции E=K1/(2xK2) | 15-35@ 1.5 μm 70@ 2 μm 350@ 3-9 μm |
15-35@ 2 μm 350@ 11 μm |
15-35@ 2 μm 325-350@10 μm (просветл. покрытие) 10-25@2 μm 250@10 μm (без покрытия) |
>250@10 μm (без покрытия) | 40-45@ 1.5 μm 70-85@ 2 μm 380-430 @3-7μm |
>40@ 1.5 μm 380-400 @3μm |
100-10000 @15-500 мкм |
* μm — микроны
Размеры и форма
В зависимости от материала подложки, поляризаторы изготавливаются по технологии производства дифракционных решеток, т.е. с использованием метода нарезки штрихов, либо методом фотолитографии.
Кристаллические поляризаторы
Решетка наносится на круглую подложку. Необходимый размер подложки подготавливается до нарезки.
Решетка другой формы, как показано на рис. 1 (многоугольник или круг), позволяет уменьшить размеры подложки при сохранении апертуры, а также установить поляризатор в стандартный прибор.
Рис.1 Схема нарезки.
Решетка наносится на материал большого размера (~100мм), который затем режется до необходимых габаритов. Таким образом, чистая апертура может быть круглой изначально.
Поляризаторы со стандартной апертурой (ОД = 25мм) поставляются со склада. Поляризаторы с нестандартной апертурой, нестандартных размеров и рабочего диапазона длин волн изготавливаются на заказ.
Типичные размеры оправы под стандартную апертуру:
| Кристаллические поляризаторы: |
Д42 x 8мм или Д34.9 x 7.9мм |
| Полимерные поляризаторы: |
Д42 x 8мм или Д34.9 x 7.9мм |
Просветляющие (антиотражающие) покрытия
Благодаря относительно низкому показателю преломления CaF2, BaF2, тефлона и полипропилена, нанесение просветляющих покрытий на них не требуется.
Однако Ge и ZnSe имеют высокие показатели преломления. Поэтому для улучшения пропускания элементов на такие поляризаторы может быть нанесено широкополосное просветляющее покрытие на одну противоположную решетке сторону.
Дальнейшее улучшение пропускания поляризатора достигается оптимизацией просветляющего покрытия для конкретной длины волны или для узкого спектрального диапазона. Чем уже рабочий диапазон длин волн, тем большее пропускание элемента достижимо в нём.
Для получения котировки заполните, пожалуйста, форму запроса с указанием интересующих Вас элементов.
Поляризационные фильтры: как они работают и для чего нужны
Короткий ответ
Потому что они делают цвета фотографии более насыщенными, а также избавляют картинку от бликов.
Видимый свет, как и любое другое электромагнитное излучение, является волной. Поляризованным светом называется излучение, волны которого колеблются в одной плоскости. Изначально солнечный свет не поляризован, то есть у его волн нет чётко определённого направления поперечных колебаний. Но по пути к фотоаппарату свет то и дело отражается и преломляется. В итоге мы имеем блики на различных поверхностях, а на небе появляется специфичная пелена. Поляризационный фильтр создан, чтобы бороться с этим.
Длинный ответ
Чтобы развёрнуто ответить на вопрос «Зачем нужны поляризационные фильтры?», нужно начать с того, что такое поляризованный (и вообще любой) свет.
Свет
Световые волны – это видимый спектр электромагнитного излучения где-то между 400 и 700 нм. Он состоит из электрических и магнитных волн. Они довольно громоздко выглядят вместе (плюс магнитные волны никак не относятся к вопросу о поляризации), поэтому давайте ограничимся электрической составляющей. Волна колеблется перпендикулярно направлению своего движения.
Что же такое поляризация? Представьте себе световую волну, направленную прямо в ваш глаз. Если развернуть предыдущий рисунок на 90 градусов, то всё, что нам будет видно, это колебание волны вверх-вниз. Такой световой луч называется поляризованным. Так что поляризованным называется тот свет, электрическое поле которого колеблется только в одном направлении. Вертикально в данном случае. Это может быть и горизонтальная, и любая, в принципе, ориентация.
Ладно, но как тогда получить неполяризованный свет? Без проблем. Большая часть света, что мы видим, не поляризована. Свет, исходящий напрямую от солнца, не поляризован. То же касается лампочки накаливания, любого горячего светящегося объекта. В один момент времени поле может быть направлено в одну сторону, а в другой – совсем в другую. Это происходит в случайном порядке.
Линейная поляризация
Допустим, вам по каким-то причинам нужно получить поляризованный свет. Как это сделать? Просто используйте поляризатор. Это материал, пропускающий свет. Но пропускает он только свет, ориентированный в одном направлении.
Представим поляризатор, пропускающий только вертикально ориентированный свет. Если поставить его в одну линию с лампой и глазом, он отсечет любой свет, кроме поляризованного вертикально. Естественно, за счет потери части излучения, мы получим несколько более темную картинку.
Взяв поляризатор с горизонтальной ориентацией, мы получим горизонтально поляризованный свет.
И как все это использовать?
Здорово, но зачем вся эта поляризация нужна в обычной жизни, ведь мало кто собирается проводить ежедневные эксперименты? Вспомните солнцезащитные очки с поляризацией (нет, они так называются не только потому, что маркетологи зацепились за модное словечко и нашли повод поднять цену на них в несколько раз) и то, как они борются с бликами и отражениями.
Как это работает? Представьте себя стоящим в солнечную погоду на берегу озера. Свет попадает к вам в глаза со всех направлений, отражаясь от облаков, любой поверхности по соседству. Спокойный отражённый солнечный свет. Но если вы посмотрите прямо на воду, то увидите яркий блик прямиком от солнца. В нем нет ничего хорошего: он ослепляет, причиняет боль. «Пора положить конец этим надоевшим бликам!» – скажут в отделе маркетинга какой-нибудь фирмы по производству солнцезащитных очков. К счастью, хоть прямой солнечный свет не имеет поляризации, но, отражаясь от поверхности, он, как минимум, частично поляризуется (при некоторых углах падения – полностью). Причем направление поляризации параллельно плоскости, от которой отразился свет.
Получается, что большая часть (если не вся) отраженного от поверхности света имеет четко выраженную поляризацию. Всё, что нам остаётся сделать, это надеть солнцезащитные очки с вертикальным поляризационным фильтром и тем самым отсечь блики.
Эти же очки позволят заглянуть под поверхность воды.
Всё это справедливо и для поляризационного фотофильтра. Основная разница состоит в том, что за счёт изменяемой плоскости вращения вы сами можете задавать направление поляризации.
Круговая поляризация и зачем она нужна
Помимо линейной поляризации существует другой ее вид – круговая.
Вот две волны, колеблющиеся в перпендикулярных друг другу плоскостях. В случае, когда они совершают колебания в одной фазе, их суммарный вектор направлен по диагонали. То есть мы снова получаем линейно поляризованный свет.
Но если сдвинуть горизонтальную волну на 1/4 фазы, суммарный вектор двух волн будет вращаться по часовой или против часовой стрелки. То есть, поляризация не будет всё время направлена в одну сторону, она будет круговой.
Чтобы понять, как на практике работает круговой поляризационный фильтр, нужно принять тот факт, что линейно поляризованный свет состоит не из одной электрической волны, а из вектора суммы двух перпендикулярно колеблющихся волн, как на картинке выше. Собственно, сам фильтр состоит из двух частей: линейного поляризатора и специального материала, замедляющего одну компоненту поляризованного света на 1/4 фазы.
Так, а к чему вообще все эти заморочки с круговой поляризацией, когда есть линейная?
Всё дело в том, что электроника современных камер не может адекватно работать с линейно поляризованным светом. Возможны ошибки экспозамера и фокусировки. Со светом, имеющим круговую поляризацию, такой проблемы не возникает, потому что он ведет себя как обычный природный свет.
Использование поляризационного фильтра на фотокамере
Как я писал в начале, поляризационный фильтр делает цвета фотографии более насыщенными, а также избавляют картинку от бликов. Увеличенные насыщенность и контрастность полезна при съёмке пейзажей.
Левый снимок сделан без поляризационного фильтра. Правый – с ним. На втором снимке хорошо заметна как возросшая общая контрастность изображения, так и увеличенное количество деталей в облаках. Стоит обратить внимание, что из-за отсечения фильтром части света, нижняя фотография сделана на более длинной выдержке, чем верхняя: 1/125 секунды против 1/250. Настройки ISO и диафрагмы одинаковы.
Иногда схожего эффекта можно достигнуть при обработке (часто потратив на это больше времени), но вот чего вы точно не сможете добиться, так это избавления от бликов и отражений. Использование поляризационного фильтра на правой фотографии помогло убрать большую часть бликов на окнах. Это бывает чертовски полезно, когда вам нужно сделать кадр через стекло, но из-за отражений не удаётся ничего поймать.
Такой же эффект наблюдается и с бликами на поверхности воды. Правая фотография сделана с поляризационным фильтром.
Конечно, иногда поляризационный фильтр своим эффектом может сделать фотографию хуже. Например, когда вам нужно сохранить дымку в атмосфере или оставить отражения. Всё зависит от того, как вы захотите распорядиться им в своих руках. И не стоит забывать о том, что поляризационный фильтр всегда немного затемняет изображение.
Лазерные поляризаторы, поляризаторы, поляризаторы лазерных линий, лазерный круговой поляризатор, лазер через поляризатор, поляризаторы лазерного луча, тонкопленочные лазерные поляризаторы, лазерные поляризаторы высокой мощности, поляризаторы глaн-лазера, поляризация лазера, поляризационные фильтры, скрещенные поляризаторы, прецизионные линейные поляризаторы
Лазерные поляризаторы
Поляризатор призмы Glan Laser выполнен из двух одинаковых призраков из двупреломляющего материала, которые собраны с воздушным пространством. Поляризатор является модификацией типа Глана Тейлора и рассчитан на меньшую потерю отражения на призму. Поляризатор с двумя экранами выхода позволяет отклоненному лучу выходить из поляризатора, что делает его более желательным для высокоэнергетических лазеров. Качество поверхности этих поверхностей относительно невелико по сравнению с качеством поверхности входа и выхода. Этим поверхностям не назначаются никакие характеристики качества поверхности трещины.
Поляризатор Глана Тейлора выполнен из двух двулучепреломляющих призм, которые собраны с пространством для звукоизоляции. Поляризатор, не имеющий боковых экранов, подходит для применения с низкой и средней мощностью, где боковые отклоненные балки не требуются. Hangzhou Shalom EO предлагает высококачественные призмы и поляризаторы Glan Taylor, запасные модули доступны для вашего выбора в быстрой доставке и низкой стоимости.
Поляризатор Глэна Томпсона. Кубик-излучатель из лузборатора выполнен из двух кальцитовых призм, сцементированных вместе. Он был устроен таким образом, чтобы обеспечить выход s-поляризованного пучка на 45 ° из прямого через p-поляризованный пучок. Они обеспечивают высокую чистоту поляризации и высокую передачу в двух возникающих пучках. Они полезны, если требуется использовать оба состояния линейной поляризации. Они монтируются в прямоугольной металлической ячейке и окружены поглощающим соединением.
Поляризатор Волластона изготовлен из двух призм призмы двойного лучепреломления, которые цементируются вместе. Отклонения обычного и необычного пучков почти симметричны относительно оси входного пучка, так что разветвитель поляризационного луча Волластона имеет примерно в два раза больше отклонения от Rochon. Угол разделения имеет хроматическую дисперсию, как показано на рисунке. Любой угол разделения может быть спроектирован по требованию
Поляризатор Рочона является одним из самых ранних конструкций, выполненных из двух призраков из двух лучепреломляющих материалов, сцементированных вместе. Как обычные, так и необычные пучки распространяются коллинеарно вниз по оптической оси в первой призме под обычным показателем преломления. При входе во вторую призму обычный луч испытывает тот же показатель преломления и продолжает деформироваться. Однако сверхбыстрый луч теперь имеет более низкий показатель преломления и преломляется на границе раздела. Угол преломления дополнительно увеличивается на поверхности двойного лучепреломления / выхода воздуха. Любой угол разделения может быть спроектирован для конкретной длины волны по требованию.
Поляризационные кубические светоделители или кубик PBS расщепляют случайно поляризованные пучки на две ортогональные, линейно поляризованные компоненты — S-поляризованный свет отражается на 90deg.Angle, в то время как P-поляризованный свет передается. Каждый светоделитель состоит из пары высокоточных высокоприоритетных прямоугольных призм, сцементированных вместе с диэлектрическим покрытием на гипотенузе одной из призм.
Из-за активности вращения природного кварцевого кристалла он также может быть использован в качестве поляризационных ротаторов, так что плоскость входного линейно поляризованного пучка будет вращаться под особым углом, который определяется толщиной кристалла кварца. Hangzhou Shalom EO предлагает высококачественные ротаторы поляризации по требованиям заказчика.
Плоско-поляризованный пучок не приветствуется в некоторых случаях, таких как отражающий спектрометр. Деполяризатор изменит плоскостную поляризацию в смесь состояний поляризации, скремблируя поляризацию, в результате изменит плоскополяризованный пучок на псевдодеполяризованный пучок и произведет деполяризацию. Деполяризатор широко используется в чувствительном к поляризации приборе.
ЦВЕТНОЙ МИР ПРОЗРАЧНЫХ ВЕЩЕЙ | Наука и жизнь
Нас окружает разноцветный мир. Прозрачные пластмассы и многие стекла на самом деле переливаются всеми цветами радуги. Эта игра красок невооруженному глазу недоступна: она возникает в поляризованном свете. Однако увидеть ее позволит несложное самодельное приспособление — полярископ.В поляризованном свете окружающий нас мир выглядит совершенно по другому. Чертежная линейка из прозрачной пластмассы оказывается разрисаванной фантастическими цветными полосами.
Кусочки целлофана между скрещенными поляроидами превращаются в ярко раскрашенный витраж.
Его цвета меняются на дополнительные, если один из поляроидов развернуть на 90<sup>o</sup>. Эти любопытные картины можно наблюдать в самодельный полярископ.
Мало кто знает, что поляризованный свет бывает виден и простым глазом.
Поляризационный прибор начала ХIX века.
Так происходит поляризация света при отражении.
Луч света в кристалле исландского шпата расщепляется на два — обыкновенный и необыкновенный (он преломляется даже при перпендикулярном падении на грань кристалла!). Свет в обоих лучах поляризован во взаимно перпендикулярный плоскостях.
Распространенный поляризатор — призма Николя — склеен из двух кусков исландского шпата так, что необыкновенный луч отражается от склейки и уходит.
Поляризационные приспособления с «черными» зеркалами. Стойку с анализатором можно поворачивать вокруг вертикальной оси относительно поляризатора.
Поляризатор со стеклянной стопой. Трубку квадратного или прямоугольного сечения делают из плотного картона и покрывают изнутри черной краской.
‹
›
ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ
Свет, излученный Солнцем или обыкновенной электрической лампой, состоит из электромагнитных волн, совершающих колебания во всех возможных направлениях вокруг светового луча. Из этих неупорядоченных колебаний можно «вырезать» волну с одним-единственным направлением колебаний в одной плоскости. Такой свет называется плоскополяризованным.
Поляризация происходит при прохождении света сквозь некоторые кристаллы (турмалин, исландский шпат) и тонкие пленки из синтетических материалов. Свет, прошедший через такой поляризатор, на взгляд ничем не отличается от обычного. Но если на пути поляризованного луча поместить второй кристалл или кусок пленки — анализатор, — станут видны его особые свойства.
При повороте анализатора вокруг оси, совпадающей с направлением луча, проходящий свет периодически пропадает. Это происходит в тот момент, когда поляризаторы «скрещены» — пропускают колебания во взаимно перпендикулярных направлениях. Если же между скрещенными поляроидами поместить несколько листочков целлофана или полоску прозрачной пластмассы, станут видны разноцветные полосы, покрывающие всю поверхность.
САМОДЕЛЬНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
В научных лабораториях в качестве поляризационных приспособлений обычно используют призмы, склеенные из стекла и исландского шпата. Такую призму называют николем, ее предложил в 1820 году английский физик Уильям Николь. Реже применяются поляризаторы из синтетической пленки. Но самому можно изготовить гораздо более простое устройство.
В начале XIX века французский военный инженер Этьен Малюс обнаружил, что свет, отраженный от поверхности воды или стекла, поляризуется так же, как при прохождении сквозь исландский шпат. В 1815 году шотландский физик Дэвид Брюстер открыл замечательный закон, названный его именем: свет полностью поляризуется, если падает на поверхность вещества под углом, тангенс которого равен показателю преломления вещества. При этом преломленный луч пойдет перпендикулярно отраженному и будет максимально (но не полностью!) поляризован. Если же свет пропустить через стопку стеклянных пластин, степень поляризации будет возрастать пропорционально числу поверхностей. И на практике бывает достаточно семи — восьми пластинок, чтобы получить полностью поляризованный свет. Важно, что поляризация происходит только при отражении от диэлектрика, изолятора. Отражение от металла (например, покрывающего зеркала) происходит по другим законам и света не поляризует.
Посмотрим, под каким углом должен падать луч на поверхность стекла, чтобы полностью поляризоваться при отражении. Коэффициент преломления стекла n = 1,5 - 1,7. Легко подсчитать, что если tgφ=1,6, то угол поляризации φ=57о. Для воды (n = 1,3) φ = 53o. Этот угол отсчитывается от перпендикуляра к поверхности.
Первые поляризационные приспособления использовали именно свойства отраженного света. Их простота позволяет самим сделать поляризаторы двух типов, работающие не хуже лабораторных.
Для изготовления первой модели понадобятся два небольших прямоугольных листа стекла. Их покрывают с одной стороны ровным слоем черной краски и закрепляют так, чтобы свет на них падал под углом поляризации.
Для этого из тонкой фанеры, пластмассы или плотного картона собирают две коробчатые стойки, вклеив в них стекла под углом 33о к горизонтальной плоскости. В крышке одной стойки (поляризатора) вырезают окно и закрывают его куском стекла — оно послужит предметным столиком. Другую стойку (анализатор) помещают сверху и рассматривают отражение объекта, лежащего на столике.
Для поляризаторов второй модели понадобится уже по 7 - 8 стеклянных пластинок, и требования к их качеству будут более высокими. Стекло должно быть прозрачным, а поверхность — гладкой. Чем тоньше пластинки, тем легче будет прибор. Идеальным материалом были бы квадратные покровные стекла, применяемые в микроскопии для защиты препаратов. Их толщина около 0,15 мм, размер — от сантиметра до пяти. Подходят и предметные стекла толщиной около 1 мм. Купить их можно в магазинах медицинской и лабораторной техники. Не хуже и стекла, вырезанные из старых фотопластинок. Но этот материал, похоже, сегодня еще менее доступен, поэтому придется, скорее всего, довольствоваться простым оконным стеклом. Из него вырезают полоски произвольного размера с соотношением сторон 2 : 1 (тогда окно поляризатора будет квадратным) или больше. Стопку стекол закрепляют в трубке квадратного сечения под углом 33о к лучу зрения. Пара таких приборов образует поляризатор с анализатором.
Посмотрим, что можно увидеть с помощью сделанной аппаратуры.
ИСКУССТВЕННАЯ АНИЗОТРОПИЯ
В однородном веществе свет распространяется по всем направлениям с одной скоростью. Постоянны и другие физические свойства — твердость, упругость, теплопроводность. Такие вещества называются изотропными. Если же к пластине такого материала приложить внешнее воздействие - сжать ее или изогнуть, — в нем возникнут деформации и появятся выделенные направления. Свойства вещества вдоль этих направлений и поперек них станут неодинаковыми, возникнет анизотропия. Световой луч в таком веществе расщепится на два, и двигаться они станут с разными скоростями. Более того: они будут поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях и взаимодействовать не будут.
И для обычного, и для поляризованного света ничего не изменится: суммарная интенсивность двух лучей останется прежней. Но анализатор, стоящий после пластины, «вырежет» из них две волны, колеблющиеся в одной плоскости. А поскольку их породил один исходный луч, волны станут интерферировать. Малейшие изменения толщины пластинки и величины деформации в ней приводят к возникновению разности хода волн. Появится разноцветная картина, подобная той, что бывает на поверхности воды с пленкой масла или бензина. Ее можно наблюдать при помощи сделанных приборов.
Сильной анизотропией обладает целлофан. Этот упаковочный материал делают из вискозы, продукта переработки древесины. При изготовлении целлофановая пленка сильно растягивается, выстраивая цепочками длинные органические молекулы.
Кусочки целлофана с пачки сигарет складывают вместе, ориентируя их в разных направлениях, и помещают между поляроидами. Прозрачная пленка окрасится в изумительные по чистоте и яркости цвета (см. 4-ю стр. цв. вкладки). При повороте одного из поляризаторов цвета будут меняться на дополнительные: красный сделается зеленым, синий — желтым и наоборот.
В поляризованном свете становятся видны напряжения в линейках, коробках и корпусах шариковых ручек из прозрачной пластмассы. В куске стекла, сжатом пассатижами, появятся цветные полосы, которые исчезают после снятия нагрузки. А в закаленном стекле, которое стоит в окнах автомобилей и вагонов, эти напряжения сохраняются и бывают заметны в виде многочисленных радужных пятен.
Поляризационные методы позволяют увидеть, как будет вести себя деталь при работе. Из органического стекла вырезают плоскую модель спроектированной детали и подвергают нагрузке, аналогичной реальной. Цветные полосы будут тем тоньше и расположатся тем гуще, чем выше концентрация напряжений; они укажут на области, с которых начнется разрушение детали.
ПРИРОДНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ
Свет Солнца или обыкновенной лампы неполяризован. Однако на пути к наблюдателю его свойства могут меняться.
Солнечный свет сильно поляризуется, рассеиваясь на молекулах воздуха, причем в разных направлениях относительно Солнца по-разному. Обнаружить это можно при помощи стеклянной стопы или «черного» зеркала, посмотрев, как меняется яркость небесной сферы в области зенита в зависимости от азимута наблюдения.
Если «зеркало» держать на высоте около 20 см над уровнем глаз, свет от зенита станет отражаться в нем под углом поляризации. Еще удобнее рассматривать небо сквозь стеклянную стопу. Поворачиваясь вокруг вертикальной оси, можно заметить, что отражение яркое, когда Солнце спереди или за спиной, и темное, когда оно справа или слева. Этот же результат получится, если рассматривать в «зеркало» отражение неба вблизи горизонта. Очевидно, что рассеянный солнечный свет сильно поляризован в направлении, перпендикулярном направлению на Солнце. А колебания электромагнитной волны направлены перпендикулярно плоскости, проходящей через Солнце, наблюдаемую точку и глаз.
Отчетливо видны темные области и на отражении от гладкой поверхности воды (смотреть на нее нужно под углом чуть больше 50о). Когда Солнце стоит низко, вода на севере и на юге кажется заметно темнее, чем на востоке и на западе. А прозрачные облака на отражении видны гораздо отчетливее: их свет не поляризован и ослабляется меньше.
При помощи поляризатора можно увидеть и еще одно любопытное небесное явление - так называемую «щетку Гайдингера». Ее наблюдение требует терпения и некоторой практики.
Если несколько минут рассматривать отражение голубого неба в «зеркале», покажется, что ровный фон покрывается как бы сеткой. Вскоре на ее месте возникнет желтоватое пятно, напоминающее платяную щетку, с синими пятнами по бокам. Она будет видна также, если поглядеть сквозь стеклянную стопу, медленно вращая ее, на белое облако («щетка» при этом тоже будет поворачиваться). Размеры ее весьма значительны — 4о, в 8 раз больше диаметра полной Луны, но яркость и контрастность очень малы. Дуга, продолженная через желтую «щетку», обычно проходит через Солнце. Однако в узкой области возле него удается наблюдать «щетку», направленную под прямым углом к этому направлению. Для этого нужно отвернуться от Солнца и смотреть на отражение в стекле, заслонив яркий солнечный зайчик.
При определенном навыке и после долгих тренировок многим удается видеть «щетку» и без поляризатора, невооруженным глазом. Лев Толстой в повести «Юность», например, упомянул «…чистое небо, на котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное желтоватое пятнышко и снова исчезает…».
До сих пор не вполне понятно, каким образом глаз видит поляризованный свет. Герман Гельмгольц, немецкий физик и естествоиспытатель, много занимавшийся физиологией зрения, считал, что причина кроется в структуре сетчатки. Светочувствительные клетки глаза обладают анизотропией и поглощают синие лучи сильнее, чем желтые. Однако это не объясняет, почему некоторые видят «щетку» в виде синей полосы с желтыми пятнами по бокам. Возможно, это связано с различиями в индивидуальной структуре сетчатки. Но все равно остается непонятным, почему, когда глаз устает, непрерывным кажется то желтое, то синее пятно.
Переписка с читателями
НЕОБЫКНОВЕННЫЙ ЛУЧ ОБЫКНОВЕННОГО КРИСТАЛЛА
В школьном
учебнике природоведения за 4-й
класс говорится, что в древности
мореплаватели в пасмурную погоду
находили положение Солнца при
помощи кристалла исландского
шпата. Вращая камень, они замечали
изменение его окраски.
У нас с сыном ничего не получилось.
Как же это все-таки удавалось
мореходам и как объяснить эффект с
точки зрения физики?
Н. Кондратьев.
Исландский шпат - кристалл углекислого кальция (CaCO3) — обладает одним очень интересным свойством, именуемым двулучепреломлением.
Луч света, падающий перпендикулярно на поверхность обычного прозрачного вещества (скажем, стекла), проходит внутрь его, не преломляясь. А в кристалле исландского шпата он расщепляется на два. Один луч ведет себя обыкновенным образом - проходит насквозь без преломления. Другой луч в кристалле отклоняется на некоторый угол, преломляется на противоположной его грани и выходит наружу параллельно первому. Этот луч получил название необыкновенного. При вращении кристалла обыкновенный луч остается неподвижным, а необыкновенный станет описывать вокруг него круги (это же можно увидеть, посмотрев сквозь кристалл на пятнышко, нарисованное на листе бумаги).
Оба луча поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях. Когда в кристалл попадает обычный свет, это незаметно. Но если свет поляризован, картина меняется. Когда плоскости поляризации света и одного из лучей оказываются перпендикулярными, этот луч пропадает. И при вращении кристалла через каждые 90о будет наблюдаться его потемнение (но окраска не изменится!) .
На основе этого явления и мог в принципе быть основан навигационный прибор древности. Свет, приходящий от неба, сильно поляризован в плоскости, перпендикулярной направлению на Солнце. Поворачивая кристалл, можно отыскать направление наибольшей поляризации и таким образом сориентироваться по странам света. Но вот беда: свет поляризуется только при рассеянии на молекулах воздуха, то есть при ясном небе. Дымка, туман и облака свет не поляризуют. Поэтому в пасмурную погоду кристалл работать не будет, а в ясную он бесполезен — Солнце видно и так.
Оптика и волны
Следствием теории Максвелла является поперечность электромагнитных (световых) волн распространяющихся в вакууме или изотропной среде: векторы напряженности электрического и магнитного полей волны взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости v распространения волны (то есть перпендикулярно световому лучу). Явление поляризации света служит надежным обоснованием поперечности световой волны. При рассмотрении поляризации обычно все рассуждения связывают с плоскостью колебаний вектора напряженности электрического поля Е — светового вектора, так как химическое, физиологическое и другие виды воздействия света на вещество обусловлены главным образом электрическими колебаниями. Однако при этом следует помнить об обязательном существовании перпендикулярного ему вектора напряженности магнитного поля Н.
Поляризация электромагнитной волны. Записывая решение для электрического поля плоской электромагнитной волны в виде
|
|
(6.1) |
мы предполагали, что направление вектора амплитуды колебаний не зависит от времени. В этом случае вектор электрического поля всегда и во всех точках волны направлен вдоль одной и той же прямой — колеблется в одной плоскости неизменной ориентации в пространстве.
|
Плоскость, в которой происходят колебания светового вектора, то есть плоскость, содержащая вектор и направление распространения волны, называется плоскостью колебаний. Если эта плоскость не меняет во времени своей ориентации, то волна называется — линейно (плоско) поляризованной. |
Выбирая ось х вдоль направления распространения волны, а ось у — вдоль векторной амплитуды , записываем (6.1) в виде
|
|
(6.2) |
Однако существует и вторая линейно поляризованная волна, имеющая ту же частоту и распространяющаяся в том же направлении:
|
|
(6.3) |
Электрические колебания в этой волне направлены вдоль оси z, так что волны (6.2) и (6.3) линейно независимы. Обе они являются решением одного и того же волнового уравнения, так что их суперпозиция также является решением того же уравнения. Сложив эти волны, мы найдем общее выражение для монохроматической волны с данной частотой w, распространяющейся вдоль оси х. Математически эта процедура ничем не отличается от сложения взаимно ортогональных колебаний. Если зафиксировать какую-то точку х и следить за изменением вектора электрического поля в ней, то конец вектора будет описывать эллиптическую, в общем случае, траекторию в плоскости, параллельной y0z. Вращение вектора происходит с частотой волны . В этом случае говорят, что свет имеет эллиптическую поляризацию. Если разность фаз кратна , то эллиптическая поляризация вырождается в линейную. При равенстве амплитуд Е0,уи Е0,гэллипс превращается в окружность. Тогда говорят о круговой поляризации волны. В соответствии с двумя возможными направлениями вращения вектора возможны право- и левополяризованные волны. Любую электромагнитную волну можно представить как линейную комбинацию двух линейно поляризованных волн или как линейную комбинацию двух волн с круговой поляризацией. Иными словами, электромагнитные волны имеют две внутренние степени свободы.
Естественный и поляризованный свет. В свете, испускаемом обычными источниками, имеются колебания, совершающиеся в различных направлениях, перпендикулярных к лучу. В таких световых волнах, исходящих из различных элементарных излучателей (атомов), векторы имеют различные ориентации, причем все эти ориентации равновероятны, что обусловлено большим числом атомных излучателей. Такой свет называется естественным, или неполяризованным.
Если под влиянием внешних воздействий на свет или внутренних особенностей источника света (лазер) появляется предпочтительное, наиболее вероятное направление колебаний, то такой свет называется частично поляризованным. Неполяризованный (естественный) свет может испускаться лишь огромным числом элементарных излучателей. Электромагнитная волна от отдельного элементарного излучателя (атома, молекулы) всегда поляризована. С помощью различных поляризаторов из пучка естественного света можно выделить часть, в которой колебания вектора будут происходить в одном определенном направлении в плоскости, перпендикулярной лучу, то есть выделенный свет будет линейно поляризованным.
На рисунках направление колебаний электрического поля линейно поляризованной волны изображается следующим образом. Если вектор Е колеблется в плоскости чертежа, то на направление вектора скорости волны наносится ряд вертикальных стрелочек (рис. 6.1-1), а если в плоскости, перпендикулярной чертежу, — ряд точек (рис. 6.1-2). Естественный (неполяризованный) свет условно обозначается чередующимися черточками, которым соответствует, например, компонента Еyвектора напряженности электрического поля, и точками, соответствующими другой компоненте Еz (рис. 6.1-3).
Рис. 6.1. Условные обозначения типа поляризации волны
Существуют приборы (поляризаторы), пропускающие только колебания, происходящие параллельно некоторой плоскости, называемой плоскостью поляризации прибора, и полностью задерживающие ортогональные колебания. Если пропустить через такой прибор пучок света, то на выходе он будет линейно поляризованным. При вращении прибора вокруг направления луча интенсивность выходящего света будет изменяться от IMAX до IMIN.
|
Степень поляризации света — это величина
|
Отметим, что формула (6.4) пригодна для расчета степени поляризации света лишь в том случае, когда частично поляризованный свет представляет собой смесь естественного света и света линейно поляризованного и не работает, например, в случае смеси естественного света и света поляризованного по кругу. В общем случае степень поляризации может быть рассчитана как отношение интенсивности поляризованной компоненты к суммарной интенсивности волны, то есть сумме интенсивностей поляризованной и естественной компонент смеси:
Нетрудно показать, что (6.4) есть частный случай последней формулы.
Если падающий пучок света линейно поляризован, то при положении прибора, когда его плоскость поляризации ортогональна плоскости колебаний волны, свет через прибор не пройдет, то есть . В соответствии с формулой (6.4) степень поляризации такого света . Для частично поляризованного света
и . Для естественного света, где волны разных поляризаций смешаны в равной степени и все направления эквивалентны, интенсивность выходящего света не изменяется при вращении поляризатора, так что и .
Закон Малюса. В качестве поляризаторов могут быть использованы среды, анизотропные в отношении колебаний вектора Е, например природные кристаллы турмалина. Монокристалл турмалина поглощает колебания вектора Е в одном направлении настолько сильно, что сквозь пластинку толщиной порядка 1 мм проходит только линейно поляризованный луч. Кристаллы йодистого хинина еще сильнее поглощают одну из поляризаций: кристаллическая пленка толщиной в десятую долю миллиметра практически полностью отделяет один из линейно поляризованных лучей.
Пусть естественный свет распространяется перпендикулярно плоскости рисунка 6.2.
Рис. 6.2. Разложение вектора амплитуды колебаний А в волне, падающей на поляризатор
Вектор амплитуды колебаний электрического поля волны, совершающихся в плоскости, образующей с плоскостью поляризатора угол , можно разложить на два колебания с амплитудами
Первое колебание с амплитудой А|| пройдет через прибор (поляризатор), второе — с амплитудой А — будет задержано (поглощено). Интенсивность прошедшей волны пропорциональна квадрату амплитуды
Падающая волна является смесью волн с различными углами . Усредняя по углам, получаем для интенсивности света на выходе из поляризатора:
|
|
(6.5) |
где — интенсивность падающего на поляризатор света. В естественном свете все значения угла равновероятны:
так что интенсивность света, прошедшего через поляризатор, будет равна . При вращении поляризатора вокруг направления луча естественного света интенсивность прошедшего света остается неизменной, но изменяется лишь ориентация плоскости колебаний света, выходящего из прибора.
Рассмотрим теперь падение линейно поляризованного света с интенсивностью на тот же поляризатор (рис. 6.3).
Рис. 6.3. Прохождение линейно поляризованной волны через поляризатор
Видео 6.1 Поляризатор и анализатор для дециметровой волны.
Видео 6.2 Поляризатор и анализатор для трехсантиметровой волны.
Сквозь прибор пройдет составляющая колебаний с амплитудой
где — угол между плоскостью колебаний вектора Е и плоскостью поляризатора. Следовательно, интенсивность прошедшего света I определяется выражением
|
|
(6.6) |
которое носит название закона Малюса.
Видео 6.3 Поляризатор и анализатор для видимого света — 2
Видео 6.4 Естественный видимый свет. Три поляризатора. Закон Малюса.
Поляризационные приборы по своему целевому назначению делятся на поляризаторы и анализаторы. Поляризаторы служат для получения поляризованного света. С помощью анализатора можно убедиться, что падающий свет поляризован, и выяснить направление плоскости поляризации. Принципиальных различий в конструкционном отношении между поляризатором и анализатором не существует.
Поставим на пути естественного света два поляризатора, плоскости которых образуют угол (рис. 6.4).
Рис. 6.4. Пропускание естественного света через систему из двух поляризаторов
Из первого поляризатора выйдет линейно поляризованный свет, интенсивность которого , составит половину интенсивности падающего естественного света . Согласно закону Малюса из второго поляризатора (который играет роль анализатора) выйдет свет с интенсивностью
Таким образом, интенсивность света, прошедшего через два поляризатора, равна
|
|
(6.7) |
Если угол (плоскости поляризации поляризатора и анализатора параллельны), то ; если (анализатор и поляризатор скрещены), то .
Пример 1. В частично поляризованном свете амплитуда колебаний, соответствующая максимальной интенсивности света при прохождении через поляризатор, в n = 2 раза больше амплитуды, соответствующей минимальной интенсивности. Определим степень поляризации света.
Поскольку интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды, имеем
Отсюда степень поляризации света равна
Пример 2. На пути света со степенью поляризации Р = 0.6 поставили анализатор так, что интенсивность прошедшего света стала максимальной. Определим, во сколько раз уменьшится интенсивность, если анализатор повернуть на угол ?
В падающем луче по условию (см. предыдущий пример)
При повороте анализатора на угол будут пропущены колебания, параллельные плоскости поляризации прибора. Поэтому интенсивность пропущенных колебаний, прежде бывших параллельными плоскости поляризации, составит
a интенсивность прошедших колебаний, до поворота задерживавшихся анализатором, равна
Суммарная интенсивность прошедших колебаний равна сумме
Стало быть, интенсивность уменьшится при повороте анализатора в 16/13 = 1.23 раза.
Поляризация при отражении и преломлении. Получить поляризованный свет из естественного можно еще одним способом — отражением. Опыт показывает, что отраженный от поверхности диэлектрика и преломленный лучи всегда частично поляризованы. Когда свет падает на диэлектрическую поверхность, то в отраженном луче преобладают колебания, перпендикулярные плоскости падения (точки на рис. 6.5), а в преломленном луче — колебания, параллельные плоскости падения (стрелки на рис. 6.5).
Рис. 6.5. Поляризация света при отражении и преломлении
Видео 6.5 Поляризация естественного света при отражении от стекла.
Степень поляризации зависит от угла падения лучей и от относительного показателя преломления сред. Исследуя это явление, английский физик Д. Брюстер установил, что при определенном значении угла падения
удовлетворяющем условию
|
|
(6.8) |
отраженный свет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча. Это соотношение известно как закон Брюстера. При
отражается только та компонента вектора напряженности электрического поля, которая параллельна поверхности диэлектрика (перпендикулярна плоскости падения). Соответственно, преломленный луч всегда частично поляризован, так как отражается лишь какая-то доля падающего света (не равная 50 %).
|
При падении света под углом Брюстера отраженный и преломленный лучи взаимно перпендикулярны, отраженный свет полностью поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения луча, а преломленный луч частично поляризован с максимальной степенью поляризации. |
Видео 6.6 Угол Брюстера.
Действительно, при
находим с учетом закона преломления
|
|
(6.10) |
Получаем отсюда
|
|
(6.11) |
Таким образом,
откуда следует, что преломленный луч 0С перпендикулярен отраженному лучу 0В (рис. 6.6).
Рис.6.6. Ход лучей при падении света под углом Брюстера: отраженный луч ортогонален преломленному,
поэтому излучатели типа (см. текст ниже) не вносят вклад в поляризацию отраженного луча
Для того чтобы объяснить, почему отраженный при падении под углом Брюстера луч линейно поляризован в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, учтем, что отраженный свет есть результат излучения вторичных волн колеблющимися под действием светового вектора волны электрическими зарядами (электронами) в среде II. Эти колебания происходят в направлении колебаний вектора Е.
Разложим колебания вектора Е в среде II на два взаимно перпендикулярных направления (см. рис. 6.6): колебания , происходящие в плоскости падения (показаны стрелками), и колебания , происходящие перпендикулярно плоскости падения (показаны точками). В случае падения под углом Брюстера
отраженный луч 0В перпендикулярен преломленному лучу 0С. Следовательно, 0В параллелен . Из электромагнитной теории Максвелла известно, что колеблющийся электрический заряд не излучает электромагнитных волн вдоль направления своего движения. Поэтому колеблющийся в диэлектрике излучатель типа вдоль направления 0В не излучает. Таким образом, по направлению отраженного луча 0В распространяется свет, посылаемый только излучателями типа , направления колебаний которых перпендикулярны плоскости падения.
Следует отметить, что на опыте закон Брюстера не выполняется вполне строго из-за дисперсии света.
Пример 3. Определим, на какой угловой высоте над горизонтом должно находиться Солнце, чтобы солнечный свет, отраженный от поверхности воды, был полностью поляризован.
Угол падения света связан с высотой Солнца над горизонтом соотношением
По условию угол падения равен углу Брюстера, так что
Показатели преломления воды п2 = 1.33, воздуха — п1 = 1. Отсюда находим
Пример 4. Угол Брюстера при падении света из воздуха на кристалл каменной соли равен . Определим скорость света V в этом кристалле.
Поскольку показатель преломления воздуха равен единице, показатель преломления каменной соли п совпадает с относительным показателем преломления этих двух сред. Имеем поэтому
Видео 6.7 Поляризация света при двойном лучепреломление на границе раздела с анизотропным (одноосным) кристаллом.
Дополнительные материалы
http://physbook.ru/index.php/Kvant… – Опыты и задачи по поляризации света
http://www.physics.spbstu.ru/forstudents/lectures/zaharov/20.pdf – Н.Г. Захаров. Практические занятия. Поляризация света
http://allphysics.ru/feynman/polyarizatsiya – Фейнмановские лекции по физике. Поляризация.
http://elementy.ru/trefil/21106 – Закон Брюстера.
Руководство по выбору поляризатора| Эдмунд Оптикс
Для получения дополнительной информации о поляризации прочтите Введение в поляризацию.
Поляризация — важная характеристика света. Поляризаторы — это ключевые оптические элементы для управления поляризацией, передачи желаемого состояния поляризации при отражении, поглощении или отклонении остальных. Существует множество конструкций поляризаторов, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Чтобы помочь вам выбрать лучший поляризатор для вашего приложения, мы обсудим характеристики поляризатора, а также различные классы конструкций поляризаторов.
Характеристики поляризатора
Поляризаторыопределяются несколькими ключевыми параметрами, некоторые из которых относятся к поляризационной оптике. Наиболее важные характеристики:
Коэффициент экстинкции и степень поляризации: Поляризационные свойства линейного поляризатора обычно определяются степенью поляризации или эффективности поляризации, P, и его коэффициентом экстинкции, ρ p . В соответствии с формализмом, приведенным в Справочнике по оптике, основные коэффициенты пропускания поляризатора равны T 1 и T 2 .T 1 — это максимальное пропускание поляризатора, которое возникает, когда ось поляризатора параллельна плоскости поляризации падающего поляризованного луча. T 2 — это минимальное пропускание поляризатора, которое возникает, когда ось поляризатора перпендикулярна плоскости поляризации падающего поляризованного луча.
(1) $$ P = \ frac {\ left (T_1 — T_2 \ right)} {\ left (T_1 + T_2 \ right)} \, \, \ text {and} \, \, \ rho_p = \ frac {T_2} {T_1} $$
Коэффициент экстинкции линейного поляризатора часто выражается как 1 / ρ p : 1.Этот параметр находится в диапазоне от менее 100: 1 для экономичных листовых поляризаторов до 10 6 : 1 для высококачественных двулучепреломляющих кристаллических поляризаторов. Коэффициент ослабления обычно зависит от длины волны и угла падения и должен оцениваться вместе с другими факторами, такими как стоимость, размер и поляризованная передача для данного приложения.
Transmission: Это значение относится либо к пропусканию света, поляризованному линейно в направлении оси поляризации, либо к пропусканию неполяризованного света через поляризатор.Параллельная передача — это передача неполяризованного света через два поляризатора с параллельными осями поляризации, а перекрестная передача — это передача неполяризованного света через два поляризатора со скрещенными осями поляризации. Для идеальных поляризаторов пропускание линейно поляризованного света параллельно оси поляризации составляет 100%, параллельное пропускание — 50%, а перекрестное пропускание — 0%. Это можно вычислить с помощью закона Малюса, как описано во введении в поляризацию.
Угол приема: Угол приема — это наибольшее отклонение от расчетного угла падения, при котором поляризатор все еще будет работать в пределах технических характеристик. Большинство поляризаторов предназначены для работы под углом падения 0 ° или 45 ° или под углом Брюстера. Угол приема важен для юстировки, но особенно важен при работе с неколлимированными лучами. Проволочная сетка и дихроичные поляризаторы имеют самые большие углы приема, вплоть до полного угла приема почти 90 °.
Конструкция: Поляризаторы бывают разных форм и конструкций. Тонкопленочные поляризаторы — это тонкие пленки, похожие на оптические фильтры. Светоделители с поляризационными пластинами представляют собой тонкие плоские пластины, расположенные под углом к лучу. Поляризационные кубические светоделители состоят из двух прямоугольных призм, установленных вместе на гипотенузе. Двулучепреломляющие поляризаторы состоят из двух кристаллических призм, установленных вместе, причем угол расположения призм определяется конкретной конструкцией поляризатора.
Чистая апертура: Чистая апертура обычно является наиболее ограничивающей для двулучепреломляющих поляризаторов, поскольку наличие оптически чистых кристаллов ограничивает размер этих поляризаторов.Дихроичные поляризаторы имеют самую большую доступную прозрачную апертуру, поскольку их изготовление допускает большие размеры.
Длина оптического пути: Длина светового пучка должна проходить через поляризатор. Важное значение для дисперсии, пороговых значений повреждения и пространственных ограничений, длины оптического пути могут быть значительными в двулучепреломляющих поляризаторах, но обычно короткие в дихроичных поляризаторах.
Порог повреждения: Порог повреждения лазером определяется используемым материалом, а также конструкцией поляризатора, причем двулучепреломляющие поляризаторы обычно имеют самый высокий порог повреждения.Цемент часто является наиболее восприимчивым элементом к лазерному повреждению, поэтому оптически контактирующие светоделители или двулучепреломляющие поляризаторы с воздушным разнесением имеют более высокие пороги повреждения.
Стоимость: Для некоторых поляризаторов требуются большие, очень чистые кристаллы, которые стоят дорого, в то время как другие изготовлены из вытянутого пластика, что делает их более экономичными.
| Руководство по выбору: дихроичные поляризаторы |
|---|
Дихроичные поляризаторы передают желаемую поляризацию и поглощают остальную.Это достигается за счет анизотропии поляризатора; распространенными примерами являются ориентированные полимерные молекулы и вытянутые наночастицы. Это широкий класс поляризаторов, от недорогих поляризаторов из ламинированного пластика до высокоточных поляризаторов на основе наночастиц из стекла. Большинство дихроичных поляризаторов имеют хорошие коэффициенты затухания по сравнению с их стоимостью. Их пороги повреждения и устойчивость к окружающей среде часто ограничены, хотя в этом аспекте стеклянные дихроичные поляризаторы превосходят пластиковые дихроичные поляризаторы.Дихроичные поляризаторы хорошо подходят для микроскопии, визуализации и отображения и часто являются единственным выбором, когда необходимы очень большие отверстия.
Рисунок 1: Дихроичные поляризаторы поглощают нежелательное состояние поляризации| Тип | Применения | Подложка | Диапазон длин волн (нм) | Коэффициент ослабления | Пропускание (%) | Стоимость | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Линейные поляризаторы из высококонтрастного стекла | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | 400–700 | \ $ $$ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
Пластиковые высококонтрастные линейные поляризаторы | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | ПММА и полимерная пленка | 400–700 | 9000: 1 | Одиночный: 42 Параллельный: 36 Перекрещенный: <0,004 | \ $ \ $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Высококонтрастная линейно поляризационная пленка | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | Полимерная пленка | 400–700 | 9000: 1 | Одинарный: 42 | $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Линейные стеклянные поляризационные фильтры | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | B270 и полимерная пленка | 400–700 | 100: 1 | Одинарный: 30 | $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Установленные линейные стеклянные поляризационные фильтры | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | Флоат-стекло | 400–700 | 19: 1 | Одиночный: 30 | $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Круглые поляризаторы | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | ПММА и полимерная пленка | 400–700 | – | 42 | \ $ \ $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Линейные поляризаторы ближнего ИК-диапазона | БИК-лазеры, светодиоды, телекоммуникации | B270 и полимерная пленка | 450–750 | 1000: 1 | 30 | \ $ $$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Руководство по выбору: тонкопленочные поляризаторы |
|---|
Тонкопленочные поляризаторы работают на основе технологии тонких пленок.
| Тип | Подложка | Диапазон длин волн / конструкция Длина волны (нм) | Коэффициент ослабления | Пропускание (%) | Стоимость | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сверхбыстрые тонкопленочные поляризаторы | Плавленый кремнезем УФ класса | 750–850 | Прозрачный 20: 1 | T p > 85 / T s <4 | $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Линейные поляризаторы высокоэнергетического лазера | Плавленый кремнезем УФ класса | 355, 532, 633, 1064 | 10 000: 1 | T p > 98 | $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Руководство по выбору: Отражающие поляризаторы |
|---|
Отражающие поляризаторы передают желаемую поляризацию и отражают остальную.Они используют либо проволочную сетку, угол Брюстера, либо эффекты интерференции. Угол Брюстера — это угол, под которым, согласно уравнениям Френеля, отражается только s-поляризованный свет. Поскольку p-поляризованный свет не отражается, в то время как s-поляризованный свет частично отражается, прошедший свет обогащается p-поляризацией.
Рисунок 2: Отражающие поляризаторы, доступные в виде кубических светоделителей, пластинчатых светоделителей или тонких пленок, отражают нежелательное состояние поляризации| Тип | Приложения | Диапазон длин волн (нм) | Порог лазерного повреждения | Стоимость | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Окна Брюстера | Лазерные резонаторы | 200–2200 | Высокая | $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Широкополосные поляризационные пластинчатые светоделители | Приложения с ограниченным пространством / весом, низкая стоимость и низкий коэффициент ослабления, приложения для фемтосекундных лазеров | 250–1550 | По возрастанию | $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Широкополосные поляризационные кубические светоделители | Совмещение балок | 400–1100 | По возрастанию | $$ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поляризаторы для проволочной сетки | Требования к окружающей среде, широкополосные приложения, инфракрасный порт, неколлимированный свет | 300–15000 | По возрастанию | \ $ \ $ — \ $ $$ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поляризационные кубические светоделители с проволочной сеткой | Широкополосные приложения, неограниченный свет | 400–700 | По возрастанию | \ $ \ $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Руководство по выбору: двулучепреломляющие поляризаторы |
|---|
Двулучепреломляющие поляризаторы передают желаемую поляризацию и отклоняют остальную. Они основаны на кристаллах с двойным лучепреломлением, где показатель преломления света зависит от его поляризации. Неполяризованный свет при ненормальном падении будет разделен на два отдельных луча при входе в кристалл, поскольку преломление s- и p-поляризованного света будет различным.Большинство конструкций состоят из двух соединенных двулучепреломляющих призм, угол, под которым они соединены, и относительная ориентация их оптических осей определяют функциональность поляризатора. Поскольку для этих поляризаторов требуются оптически чистые кристаллы, они дороги, но имеют высокие пороги лазерного повреждения, превосходные коэффициенты экстинкции и широкий диапазон длин волн.
Рисунок 3: Кристаллические поляризаторы, такие как поляризатор Глана-Тейлора, передают желаемую поляризацию и отклоняют остальную, используя свойства двойного лучепреломления своих кристаллических материалов Рисунок 4a: Поляризаторы Глана-Тейлора Рисунок 4b: Поляризаторы для лазера Глана Рисунок 4c: Поляризаторы Глана-Томпсона| Тип | Приложения | Диапазон длин волн (нм) | Порог лазерного повреждения | Стоимость | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Глан-Томпсон | Применение лазеров, высококачественная визуализация и микроскопия | 220–2200 | Средний | \ $$$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Глан-Тейлор | Применение лазеров, спектроскопия | 220–2200 | Высокая | \ $ $$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Глан-Лазер | Применение лазеров, лазеры с модуляцией добротности | 220–2200 | Очень высокий | \ $$$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Призмы Волластона | Лабораторные эксперименты, где требуется доступ к обеим поляризациям | 190–4000 | Высокая | \ $$$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Призмы Рошона | Лабораторные эксперименты, где требуется доступ к обеим поляризациям | 130–7000 | Высокая | \ $ $$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
ITOS GmbH — это подразделение Edmund Optics, которое с 1993 года поставляет как индивидуальные, так и готовые поляризационные решения для рынков Германии и Европы.Подразделение ITOS расширяет возможности EO в области производства и метрологии поляризации, предоставляя клиентам более широкий спектр стандартной и нестандартной поляризационной оптики.
Список литературы
- Басс, Майкл, Казимер Декусатис, Джей Энох, Васудеван Лакшминараянан, Гуйфанг Ли, Кэролайн Макдональд, Вирендра Махаджан и Эрик Ван Страйланд, ред. Справочник по оптике: геометрическая и физическая оптика, поляризованный свет, компоненты и инструменты . 3-е изд. Vol. 1. Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw-Hill Education, 2010.
- Гольдштейн, Деннис. Поляризованный свет . 2-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2003. .
| 05P009AR.14 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 630-700 нм, 12,7 мм | € 729 | 05P009AR.14 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 630-700 нм, 12,7 мм | |||||
| 05P109AR.16 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 740-860 нм, 12,7 мм | На складе | € 729 | 05P109AR.16 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 740-860 нм, 12,7 мм | ||||
| 05P309AR.16 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 960-1160 нм, 12,7 мм | На складе | € 820 | 05P309AR.16 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 960-1160 нм, 12,7 мм | ||||
| 05P509AR.18 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 1500-1580 нм, 12,7 мм | € 994 | 05P509AR.18 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 1500-1580 нм, 12,7 мм | |||||
| 10P009AR.14 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 630-700 нм, 25,4 мм | На складе | € 1,459 | 10P009AR.14 Линейный поляризатор, Polarcor, 10,000: 1, 630-700 нм, 25,4 мм |
Поляризаторы с проволочной сеткой — ИК-Фурье спектроскопия, изучение металлических поверхностей, кристаллической структуры
Что такое поляризатор с проволочной сеткой?
Чтобы понять функцию поляризаторов из проволочной сетки, нужно сначала понять поляризацию света. Свет чаще всего характеризуется его частотой (или длиной волны) и интенсивностью. В видимом спектре длина волны связана с цветом света, а интенсивность — с его яркостью.Это два типичных свойства для обычных приложений, таких как освещение в вашем доме или автомобиле.
Свет как электромагнитная волнаОднако есть и другие приложения, в которых используется еще одна важная характеристика света, называемая поляризацией. Когда мы обращаемся к классической электродинамике, свет — это электромагнитная волна, состоящая из электрического и магнитного полей. Эти поля колеблются в пространстве и времени в зависимости от длины волны и частоты соответственно. Электрическое поле (E) перпендикулярно магнитному полю (B), и оба колеблются перпендикулярно направлению распространения.Когда электрическое поле колеблется случайным образом, мы называем этот свет неполяризованным (и это то, что мы в основном наблюдаем вокруг себя).
Что такое поляризация света?
Для того, чтобы свет был поляризованным, колебания электрического (или магнитного) поля должны быть ограничены одной плоскостью или следовать винтовой траектории вместе с направлением распространения. По сути, плоскость колебаний должна быть четко определенной или неслучайной, чтобы свет можно было назвать поляризованным. Когда колебание ограничено одной плоскостью, свет имеет линейную поляризацию.Здесь плоскость может быть выровнена или наклонена по отношению к вертикальной плоскости. Когда колебания повторяются по спирали, свет имеет круговую поляризацию. В зависимости от направления спиральной траектории свет может иметь правую или левую поляризацию по кругу. Когда спираль изображает эллипс, а не круг, свет имеет эллиптическую поляризацию. Во всех этих случаях мы видим, что колебания электрического поля следует определенной четко определенной траектории и не являются случайными.
Как создать поляризованный свет
Четвертьволновая пластинка преобразует состояние поляризованного светаПоскольку большая часть света вокруг нас неполяризована, для достижения желаемого состояния поляризации используются оптические элементы, называемые поляризаторами. Поляризаторы предназначены либо для ограничения колебаний электрического поля неполяризованного света для создания поляризованного света, либо для преобразования одного состояния поляризации в другое. Например, линейный поляризатор преобразует неполяризованный свет в линейно поляризованный.Другим часто используемым поляризационным элементом является четвертьволновая пластина, которая преобразует линейно поляризованный свет в свет с круговой поляризацией.
Что такое Bifringence?
Кроме того, существует множество других специальных оптических элементов, которые используют свойство, называемое двойным лучепреломлением, для создания поляризованного света. Предположим, что неполяризованный свет может быть представлен двумя состояниями ортогональной поляризации, называемыми s (TE) и p (TM). И s-поляризация, и p-поляризация относятся к составляющей E-поля, перпендикулярной и параллельной плоскости падения, соответственно.Двулучепреломляющие материалы имеют разные показатели преломления для двух состояний ортогональной поляризации, что создает разницу фаз между ними. В таких случаях один компонент может двигаться медленнее, чем другой, или даже испытывать пространственное разделение. Кристаллы, такие как кальцит и кварц, обладают естественным двойным лучепреломлением. Специальные призмы, такие как призмы Волластона, Глана-Томпсона или Николя, обладают двойным лучепреломлением для достижения поляризации.
поляризованные солнцезащитные очкиОтражения Френеля также можно использовать для создания поляризованного света.В зависимости от показателей преломления отражающей поверхности и окружающей среды существует специальный угол, называемый углом Брюстера, под которым отраженный свет имеет s-поляризацию. Следовательно, у поляризованных солнцезащитных очков есть линзы, которые пропускают только p-поляризацию, что эффективно устраняет блики. Это также обычно используется в фотообъективах.
Как работают поляризаторы для проволочной сетки?
Поляризаторы с проволочной сеткой — это еще один класс поляризаторов, в которых используются тонкие металлические проволоки для ограничения колебаний электрического поля для s-поляризованного света.Тонкие металлические проволоки, как правило, на расстоянии от 100 нм до нескольких микрон, наносятся литографическим способом на подложки в зависимости от рабочего диапазона длин волн. Для s-компоненты металлическая сетка работает как типичная металлическая поверхность, поскольку электроны возбуждаются по длине провода. В результате s-поляризация практически полностью отражается. В случае p-компоненты электроны могут быть возбуждены только при ширине проволоки, которая находится в субмикронном диапазоне. Следовательно, большая часть p-поляризованного света передается. Поляризатор с проволочной сеткой обычно характеризуется коэффициентом экстинкции (ER) и поляризационной эффективностью (PE).Скажем, пропускание равно T1, когда поляризатор проволочной сетки ориентирован так, чтобы максимизировать пропускание p-поляризованного света. Если T2 — это передача, когда поляризатор повернут на 90 градусов (или пересечен), тогда ER = T2 / T1 и PE = (T1-T2) / (T1 + T2). Эффективность гашения обычно выражается как величина, обратная отношению (1 / ER): 1. Например. если ER = 0,0001, то коэффициент вымирания составляет 10000: 1.
Как работает поляризатор для проволочной сеткиОбщие области применения поляризатора для проволочной сетки
Поляризаторы с проволочной сеткой обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными поляризаторами.Например, они подходят для приложений, требующих высокого ER. Поляризаторы с проволочной сеткой также являются широкополосными по своей природе и могут быть разработаны для работы в УФ-видимом ИК-спектрах путем выбора подходящих подложек. Наконец, поляризаторы с проволочной сеткой обладают большей термостойкостью и могут работать в условиях высоких температур или сильного магнитного потока. Эти особенности делают их широко используемыми в высококачественных проекционных системах, военных приложениях, медицинской визуализации, симуляторах и даже цифровом кино. Выбор материала сетки, расстояния между проводами и подложек при проектировании поляризаторов для проволочной сетки обеспечивает широкий спектр применения.
Путь света в проекторе типа LCOSЗаслуживающим внимания применением поляризаторов с проволочной сеткой являются цифровые проекторы типа Liquid Crystal On Silicon (LCOS). Проекторы типа LCOS становятся все более популярными и обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными ЖК-аналогами. Например, они обеспечивают плавное изображение, подобное пленке, в отличие от пикселизации, наблюдаемой в ЖК-проекторах. Качество проецирования проекторов LCOS во многом зависит от качества поляризаторов. Внутри проектора яркие лампы находятся в непосредственной близости от оптических компонентов и подвержены сильному магнитному потоку и температуре.Кроме того, для проекторов LCOS требуются поляризаторы с высоким ER. Исходя из этих требований, поляризаторы с проволочной сеткой идеально подходят для поляризаторов, анализаторов и поляризационных светоделителей в проекторах типа LCOS.
Голографические поляризаторы для проволочной сетки
Некоторые материалы, подходящие для ИК-приложений, не могут быть преобразованы в обычные линейчатые поляризаторы. В таких случаях используются голографические методы для получения поляризатора из проволочной сетки. В этом методе подложка, покрытая фоторезистом, подвергается воздействию интерференционной картины, создаваемой лазером.Из-за профиля интенсивности интерференционных полос после проявления резиста формируется синусоидальный поверхностный элемент. Этот элемент поверхности теперь может быть покрыт металлами, такими как алюминий, чтобы получить структуру, подобную проволочной сетке.Optometrics предлагает поляризаторы с голографической проволочной сеткой на нескольких ИК-совместимых подложках, таких как CaF2, ZnSe, BaF2, Ge и KRS-5 (бромид таллия), в рабочем диапазоне длин волн 2,5–30 микрон. Типичные значения ER для одного поляризатора составляют 300: 1. Если приложения требуют большего ER, комбинация 2 поляризаторов может обеспечить ER до 90 000: 1.
Магазин поляризаторов для проволочных сеток.
Используйте код скидки «WGP10», чтобы сэкономить 10%.
Поляризаторы — Оптические фильтры
Поляризаторы используются для анализа или создания поляризованного света. Используя листовую основу из дикроитного полимера, мы можем предложить широкий спектр вариантов, включая размеры, поляризацию и светопропускание.
Общие заявки:
- Фильтры увеличения контрастности
- Сенсорные экраны, читаемые при солнечном свете
- Фотография
- Анализ напряжений стекла и пластмасс
- Оптические датчики и световые завесы безопасности
- Проекционные системы 3D
- Офтальмология
Исходный материал, запатентованный в 1929 году и далее разработанный Эдвином Ландом под названием H-type , представляет собой полимер поливинилового спирта (ПВС), пропитанный йодом.Во время производства полимерные цепи ПВС растягиваются так, что они образуют массив выровненных линейных молекул в материале. Затем добавка йода присоединяется к молекулам ПВС, делая их проводящими по всей длине цепочек. Свет, поляризованный параллельно цепочкам, поглощается, а свет, поляризованный перпендикулярно цепям, передается.
Поляризаторы технической серии H производились компанией Polaroid до декабря 2004 года, когда бывшие владельцы 3M закрыли производство поляризаторов на основе йода.
Обладая обширным опытом и знаниями в области поляризаторов на основе йода, компания Optical Filters долгое время была торговым посредником Polaroid с добавленной стоимостью. Хотя эти поляризаторы были сняты с производства, мы продолжаем поставлять и производить технические поляризаторы самого высокого качества на основе PVAL, такие как линейные и круговые поляризаторы, в качестве альтернативы старому диапазону Polaroid. Мы также предлагаем новые варианты для современных приложений и рынков.
В дополнение к поставке фильтрующего материала в листах, мы предлагаем полный производственный сервис по резке и отделке деталей до окончательного размера.Также возможно полное оптическое ламинирование стекла и пластика.
Неполяризованный свет представляет собой сложную смесь случайных волновых фронтов, поперечных линии движения. Линейные поляризационные фильтры избирательно поглощают световые колебания в определенных плоскостях. Когда свет проходит через линейный поляризатор, его колебания ограничиваются одной линейной плоскостью.
Круговой поляризатор представляет собой комбинацию линейного поляризатора и замедлителя волны, ориентированного под углом 45 °, который закручивает свет в круговую форму.Луч неполяризованного света, проходящий через линейный поляризатор, становится поляризованным под углом 45 ° к оси замедлителя. Когда этот поляризованный световой луч проходит через замедлитель, его направление колебаний движется по спирали. После того, как луч света отражается от зеркальной поверхности, направление вращения вибрации меняется на противоположное. Затем это вращение останавливается и, в свою очередь, отправляется через замедлитель. Световой луч теперь линейно поляризован в плоскости под углом 90 ° к своей исходной плоскости поляризации и поглощается линейно поляризованным компонентом кругового поляризатора.
Круглые поляризаторы очень эффективны при устранении «размытия» солнечного света, вызванного отражением окружающего света от дисплея.
Замедлители схватывания изготовлены из материала, обладающего двулучепреломлением. Фазовый сдвиг зависит от ориентации материала, создающего модифицированное поляризованное состояние. Например, для создания кругового поляризатора фаза должна быть 1/4 длины волны.
Фильтры 3D-поляризатора
Для пассивной 3D-визуализации два изображения должны быть разделены для каждого глаза зрителя, обычно это делается путем проецирования изображений через линейные поляризаторы, расположенные под перпендикулярными углами.Зритель носит очки с линейной поляризацией, расположенные под дополнительными углами к проецируемым изображениям, так что каждый глаз может видеть только соответствующее изображение.
Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о поставке линейных поляризующих фильтров для этого 3D-приложения.
Фотоанализ упругого напряжения
Использование поляризованного света обязательно, иначе можно будет увидеть невидимое напряжение в прозрачном материале. Он показывает как место, так и интенсивность стресса.Например, при литье под давлением экструдированные листы и литые пластмассы.
Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о поставке поляризаторов для этого анализа напряжений.
Сенсорные экраны с возможностью чтения при солнечном свете
Читаемость при солнечном свете — большая проблема с резистивными сенсорными экранами. Комбинация плохо согласованных воздушных зазоров и отражающего покрытия ITO приводит к тому, что дисплей плохо читается.
Добавление поляризатора и, в некоторых случаях, замедлителя схватывания, значительно улучшает контрастность резистивных сенсорных дисплеев.Типичными приложениями, которые извлекают выгоду из этой технологии, являются портативное оборудование, морские дисплеи на палубе, наружные дисплеи, дисплеи для авионики и HMI в транспортных средствах.
Оптика
— Три поляризатора, 45 ° друг от друга
Думаю, вас заинтересует «квантовый ластик» (wikipedia.org/wiki/Quantum_eraser_experiment#Introduction, см. Подробный ответ ниже). Странно, что каждое событие передачи / отражения / поглощения света является вероятностным (правила Фейнмана) и что поляризатор может «маркировать» состояние поляризации фотона на выходе (см. Ниже)…
«Хотя нелокальность квантовой механики наиболее очевидна при проверке неравенств Белла, она также играет центральную роль. роль в экспериментах по изучению дополнительности. Один из таких, «квантовый ластик», обсуждался Скалли, Энглерт и Вальтер [20] в связи с микромазером. … Эта конкретная версия квантового ластика имеет прямое объяснение классической волны, когда источник света описывается в терминах когерентных состояний. Таким образом, можно утверждать, что в этом квантовом ластике нет ничего особенно квантового.Тем не менее Джордан предложил аналогичную версию этого эксперимента Маха-Цендера [23], в которой он утверждал на основе принципа соответствия, что, несмотря на существование классического объяснения, такие эксперименты по интерференции первого порядка могут быть истолкованы как истинные. квантовые ластики. … Мы подчеркиваем, что это всего лишь возможность получения информации о том, какой путь устраняет помехи; не требуется никаких фактических измерений поляризации. сделал.» — https://arxiv.org/pdf/quant-ph/9501016.pdf
Насколько я понимаю: они говорят, что первые два поляризатора считаются «этикетировщиками», поскольку они определяют выход поляризованного состояния. И, как уже говорилось, этот квантово-механический тест «по какому пути» запутывает фотоны, что проявляется как дуальность волна-частица, когда «тест» включает интерференцию.
Вот классное описание журнала Scientific American: arturekert .org / miscellaneous / Quantum-eraser.pdf
«Дуальность волна-частица, которая представляет собой взаимодополняющую природу волнового и подобного частицам поведения квантовой системы, возможно, является примером, который привлек наибольшее внимание.Волнообразное поведение проявляется в интерференционных экспериментах. Однако, когда wellcher-weg ~ which-path! измерение выполняется в системе, создающей помехи, система запутывается с измерительным прибором, так что пути системы становятся различимыми, и видимость полосы исчезает «. — народ .bu.edu / alexserg / PRA32106.pdf
Так что да, каждый раз QM невозможно интуитивно понять. Честно говоря, я всегда сбиваюсь с толку, интерпретируя примеры из реальной жизни. Я был сбит с толку, потому что не казалось, что появился ожидаемый узор с двумя щелями, а классическое объяснение показалось подозрительным совпадением.Рассматривая это для квантовой криптографии, я считаю справедливым рассматривать свет, следующий за ластиком и между 3 м, как невозможно наблюдать, не мешая коммуникации (т. Е. Невозможно взломать). См .: optics .rochester.edu / workgroups / lukishova / QuantumOpticsLab / 2010 / OPT253_reports / Justin_Essay.pdf
Руководство по выбору линейных поляризаторов: типы, характеристики, применение
Линейные поляризаторы пропускают световые волны по одной оси и поглощают их по другой.Поляризация — это направление, в котором колеблется электрическое поле световой волны. Поляризатор — это устройство, которое использует избирательное поглощение, преломление или пропускание для превращения неполяризованного света в поляризованный. Неполяризованный свет распространяется в случайном направлении; после прохождения через линейный поляризатор оно имеет электрическое поле в одном определенном направлении и может быть проанализировано как линейная комбинация двух векторов (вертикального и горизонтального) с одинаковой фазой.
Линейная поляризация. Изображение предоставлено: American Polarizers, Inc.
Как работают линейные поляризаторы
Основная функция линейного поляризатора — поглощать, рассеивать или отражать свет в нежелательном направлении поляризации. Линейные поляризаторы позволяют передавать только одно состояние поляризации. Передающая и поглощающая оси устройства ориентированы под углом 90 градусов друг к другу. Ориентация оси выходной поляризации не зависит от состояния поляризации входного луча. Вращение линейного поляризатора вокруг оси луча изменяет плоскость поляризации.Оптимальный линейный поляризатор будет передавать 50% неполяризованного входного луча. Два идеальных поляризатора со скрещенными осями передачи полностью гаснут падающий луч. Есть несколько методов получения линейно поляризованного света.
Поляризация света. Видео Кредит: Центр быстрого обучения / CC BY-SA 4.0
Двойное лучепреломление или двулучепреломляющие поляризаторы используют естественные кристаллы для разделения одиночного луча неполяризованного света на два отдельных поляризованных луча равной интенсивности.Два поляризованных луча можно разделить, создавая очень эффективную линейную поляризацию.
Поляризаторы отражения используют плоскую гладкую неметаллическую поверхность. Лучи света падают на поверхность под углом, и отраженный луч частично или полностью поляризован. Степень поляризации зависит от угла падения и показателя преломления на отражающей поверхности. Угол Брюстера, также известный как угол поляризации, представляет собой угол, при котором степень поляризации составляет 100%.
Дихроичные поглощающие поляризаторы используют свойство дихроизма для поглощения света, поляризованного в определенном направлении. Этот тип поляризатора имеет указанную ось поглощения и пропускания (ось поляризации). Растянутый поливиниловый спирт (ПВС) чаще всего используется в дихроичных поляризаторах.
Характеристики поляризатора
При выборе различных линейных поляризаторов следует учитывать несколько ключевых характеристик, в том числе:
Коэффициент экстинкции — Коэффициент экстинкции описывает соотношение между коэффициентом пропускания желаемого направления поляризации и нежелательного ортогонального направления поляризации.Отношение — это мощность плоскополяризованного луча, проходящего через поляризатор. Ось поляризации параллельна плоскости луча по сравнению с передаваемой мощностью, когда ось поляризатора перпендикулярна плоскости луча. Это также называется коэффициентом контрастности.
Изображение предоставлено: Alpine Research Optics
Коэффициент пропускания — Коэффициент пропускания — это процент света, проходящего через поляризатор. Весь свет проходит через поляризатор со 100% пропусканием, которое происходит только тогда, когда свет поляризован.Поляризаторы несовершенны и поэтому не могут достичь 100% пропускания; однако максимальный коэффициент пропускания достигается, когда поляризатор размещается так, чтобы ось поляризации и падающий свет были параллельны. Минимальный коэффициент пропускания достигается, когда ось и падающий свет перпендикулярны.
Коэффициент передачи по сравнению с коэффициентом угасания. Кредит изображения: Meadowlark.com
Чистая апертура — Чистая апертура описывает площадь поверхности оптического фильтра, на которой отсутствуют какие-либо дефекты или препятствия.Граница прозрачного отверстия часто представляет собой металлический или непрозрачный материал по внешнему краю фильтра. Важно, чтобы прозрачная апертура не ограничивала общую апертуру микроскопа и чтобы не было утечки нефильтрованного света по краям.
Диаметр — Диаметр поляризатора важно учитывать при выборе кругового или линейного поляризатора. Размер зависит от процесса изготовления поляризатора.
Диапазон длин волн — Диапазон длин волн — это спектральный диапазон, в котором работают спектральный механизм и детекторы.Световые волны соответствуют определенному диапазону длин волн (т.е. видимый свет составляет 400-700 нанометров). Линейные поляризаторы могут использоваться для поляризации света в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах длин волн.
- Инфракрасный — Инфракрасное излучение находится в диапазоне длин волн от 750 до 2500 нм.
- Видимый — Видимые длины волн находятся в диапазоне от 380 до 750 нм.
- Ультрафиолет — Ультрафиолетовые волны находятся в диапазоне от 4 до 380 нм
Изображение предоставлено: изображение длины волны из Вселенной, сделанное Фридманом и Кауфманном.
Отклонение луча — Отклонение луча — это отклонение поляризованного луча от нормального. Отклонение определяется путем наблюдения разницы в угле между входящим лучом и проходящим, отраженным или преломленным лучом через оптику. Это особенно актуально для кубов и дисперсионных призм.
Толщина — Толщина тормозных пластин, используемых в поляризаторах.
Рабочая температура — Диапазон температур, в котором устройство предназначено для работы.
Характеристики поверхности поляризатора
Качество поверхности описывает уровень дефектов, которые можно увидеть на оптике. Царапина считается дефектом, длина которого во много раз превышает его ширину, а царапина почти равна по длине и ширине. Спецификация обычно указывается в стандарте MIL-0-13830A или 60-40, где первое число — это видимость царапин, а второе — видимость раскопок или небольших ям. Наименьшее число относится к самому высокому качеству.
Изображение предоставлено: Edmund Optics
Плоскостность поверхности — это спецификация, используемая для описания отклонения плоской поверхности, такой как зеркало, окно, призма или плоская линза. Плоскостность может быть измерена с помощью оптического прибора и измерена в клапанах волн, которые кратны длине волны испытательного источника. Например, плоскостность 1λ считается типичным классом, а 1 / 20λ — высоким классом точности.
Приложения
Линейные поляризаторы используются в широком спектре приложений в электронной, фотографической, научной и промышленной областях.Наибольшее применение линейных поляризаторов — это жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи). В ЖК-дисплеях линейные поляризаторы размещаются с каждой стороны ЖК-дисплея с пересечением их осей под углом 90 градусов. Таким образом, поляризаторы не пропускают свет. Однако в выключенном состоянии жидкокристаллические ячейки в ЖК-панелях между скрещенными поляризаторами поворачивают проходящий через них свет на 90 градусов, подавляя эффект скрещенных поляризаторов. Это заставляет дисплей казаться прозрачным.Когда поверхность отдельной жидкокристаллической ячейки в ЖК-панели электрически заряжается или активируется, ячейка перестает вращать поляризованный свет, и сегмент появляется на экране как темное пятно. Информация может отображаться с помощью электронного управления состоянием активации отдельных ячеек на ЖК-панели. Тот же основной принцип применяется ко всем основным черно-белым и цветным ЖК-дисплеям.
Эффект поляризационного фильтра (слева). Поляризованные солнцезащитные очки (справа). Изображение предоставлено: Википедия | fitbodynow.wordpress.com
Линейные поляризаторы также популярны в фильтрах фотоаппаратов, солнцезащитных очках и в системах машинного зрения, когда требуется подавление бликов. Поместив два поляризатора друг над другом и вращая один относительно другого, можно управлять яркостью и интенсивностью источника света.
Ресурсы
В поисках оптимального поляризатора (pdf)
Линейные поляризаторы видимого света
Глоссарий Эдмунда по оптике
Глоссарий терминов в электронных источниках
Лекция 18
gc6 tb 21.14
Стержневой магнит падает прямо вниз через проволочную петлю, причем северный полюс входит первым. Когда северный полюс входит в петлю, индуцированная
текущий будет (если смотреть сверху)
А. ноль
Б. по часовой стрелке
C. против часовой стрелки
Ответ
POP5 24.qq.7
Поляризатор для микроволн может быть выполнен в виде сетки из параллельных металлических проводов на расстоянии примерно сантиметра друг от друга. Как
вектор электрического поля, ориентированный для микроволн, передаваемых через этот поляризатор?
А.параллельно проводам
Б. перпендикулярно проводам
С. 45 ° относительно проводов
D. круговая поляризация
Ответ
Walker5e 25,75
Неполяризованный свет падает на поляризатор, как указано выше. Затем он попадает на анализатор, передача которого
ось расположена под углом θ к вертикали. На каком графике переданная интенсивность изображена как θ изменяется с 0 ° на 360 °?
Ответ
POP5 24.45
Световой луч с интенсивностью I 0 поляризован параллельно оси пропускания одиночного
поляризационный фильтр. На какой угол θ следует повернуть поляризатор, чтобы уменьшить
передаваемая интенсивность I — I 0 /5?
А. 63.4 °
Б. 54.7 °
С. 18,0 °
D. 78.4 °
Ответ
Walker5e 25.EYU.5
В системе, показанной ниже, падающий пучок света с вертикальной поляризацией встречает два поляризатора.Если поляризатор 1 удалить из системы, интенсивность передаваемого луча будет ______.
A. увеличение
Б. Уменьшение
C. оставаться прежним
Ответить
Walker5e 25,73
Неполяризованный свет проходит через два поляризатора, оси пропускания которых расположены под углом 30,0 ° друг к другу. Какая часть падающей интенсивности проходит через поляризаторы?
А. 0,500
Б. 0,707
С.0,866
Д. 0,375
Ответ
C. против часовой стрелки
По закону Ленца петля будет пытаться создать магнитное поле, направленное вверх, чтобы
противодействуйте направленному вниз полю падающего магнита. Используйте правило правой руки, чтобы убедиться, что ток должен течь против часовой стрелки.
для создания противоположного магнитного поля.
Б.перпендикулярно проводам
Электрическое поле, параллельное проводам, будет управлять током в проводе,
который будет рассеивать энергию в виде тепла из-за омического сопротивления. Следовательно, составляющая электрического поля
параллельно проводам погаснет, но перпендикулярная составляющая пройдет через сетку.
График B
Оси трансмиссии будут выровнены под 0 °, 180 ° и 360 °
и допускают максимальную передаваемую интенсивность под этими углами.
А. 63,4 °
A. увеличить
При установленном поляризаторе 1 интенсивность падающего излучения сначала уменьшается вдвое (из-за угла 45 °), а затем уменьшается до нуля (поскольку луч достигает поляризатора 2 с плоскостью поляризации, повернутой на 90 ° относительно оси передачи) . Когда поляризатор 1 удален, луч достигает поляризатора 2 с плоскостью поляризации, повернутой на 45 ° относительно оси передачи, и прошедший луч имеет половину падающей интенсивности.Следовательно, эффект удаления поляризатора 1 заключается в увеличении передаваемой интенсивности с нуля до 0,50 I 0 .
Д. 0,375
Станьте первым комментатором