Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ПОЛЯРИЗАЦИО́ННЫЕ ПРИБО́РЫ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 27. Москва, 2015, стр. 83

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. С. Запасский

ПОЛЯРИЗАЦИО́ННЫЕ ПРИБО́РЫ, оп­тич. при­бо­ры для по­лу­че­ния, пре­об­ра­зо­ва­ния и ана­ли­за по­ля­ри­зо­ван­но­го оп­тич. из­лу­че­ния, а так­же для разл. ис­сле­до­ва­ний и из­ме­ре­ний, ис­поль­зую­щих яв­ле­ние по­ля­ри­за­ции све­та. К П. п. от­но­сят­ся по­ля­ри­за­то­ры, фа­зо­вые пла­стин­ки, оп­тич. ком­пен­са­то­ры, по­ля­ри­за­ци­он­ные приз­мы, мо­ду­ля­то­ры све­та и др.

П. п. для по­лу­че­ния пол­но­стью или час­тич­но по­ля­ри­зо­ван­но­го оп­тич. из­лу­че­ния яв­ля­ет­ся по­ля­ри­за­тор. По ха­рак­те­ру по­ля­ри­за­ции све­та вы­де­ля­ют ли­ней­ный, цир­ку­ляр­ный и эл­лип­ти­чес­кий по­ля­ри­за­то­ры.

Дей­ст­вие ли­ней­но­го по­ля­ри­за­то­ра ос­но­ва­но на эф­фек­тах ани­зо­троп­но­го взаи­мо­дей­ст­вия све­та со сре­дой, та­ких как двой­ное лу­че­пре­лом­ле­ние, ли­ней­ный ди­х­ро­изм, от­ра­же­ние све­та от на­клон­ной по­верх­но­сти раз­де­ла двух сред.

Све­то­вой пу­чок, рас­про­стра­няю­щий­ся в оп­ти­че­ски ани­зо­троп­ном кри­стал­ле, в об­щем слу­чае рас­ще­п­ля­ет­ся на два ор­то­го­наль­но по­ля­ри­зо­ван­ных пуч­ка (см. Кри­стал­ло­оп­ти­ка). На эф­фек­те двой­но­го лу­че­пре­лом­ле­ния ос­но­ва­но дей­ст­вие по­ля­ри­за­ци­он­ных призм, в ко­то­рых раз­де­ле­ние пуч­ков про­ис­хо­дит в ре­зуль­та­те пол­но­го внут­рен­не­го от­ра­же­ния од­ной из ком­по­нент на гра­ни­це раз­де­ла двух сред.

В ши­ро­ко ис­поль­зуе­мых плё­ноч­ных ди­х­ро­ич­ных по­ля­ри­за­то­рах (по­ля­рои­дах) дих­ро­изм дос­ти­га­ет­ся од­но­на­прав­лен­ным рас­тя­же­ни­ем по­ли­мер­ной плён­ки, со­дер­жа­щей мо­ле­ку­лы кра­си­те­ля с силь­ной собств. ани­зо­тро­пи­ей. Дос­то­ин­ст­во по­ля­рои­дов – ком­пакт­ность, боль­шая уг­ло­вая апер­ту­ра и дос­та­точ­но вы­со­кая по­ля­ри­зую­щая спо­соб­ность; не­дос­тат­ки – не­вы­со­кая лу­че­вая проч­ность и су­ще­ст­вен­ный хро­ма­тизм.

Один из спо­со­бов по­лу­че­ния по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та ос­но­ван на ис­поль­зо­ва­нии раз­ли­чия ко­эф. от­ра­же­ния для ком­по­нент све­то­во­го лу­ча, по­ля­ри­зо­ван­ных па­рал­лель­но и пер­пен­ди­ку­ляр­но плос­ко­сти па­де­ния. В со­от­вет­ст­вии с Фре­не­ля фор­му­ла­ми сте­пень по­ля­ри­за­ции от­ра­жён­ной и пре­лом­лён­ной ком­по­нент све­то­во­го пуч­ка за­ви­сит от уг­ла па­де­ния. В ча­ст­но­сти, ес­ли све­то­вой луч па­да­ет на гра­ни­цу раз­де­ла под уг­лом Брю­сте­ра (см. Брю­сте­ра за­кон), то от­ра­жён­ный свет ока­зы­ва­ет­ся пол­но­стью по­ля­ри­зо­ван­ным. На этом ос­но­ва­но дей­ст­вие от­ра­жа­тель­ных по­ля­ри­за­то­ров. Их не­дос­тат­ка­ми яв­ля­ют­ся ма­лая ин­тен­сив­ность от­ра­жён­но­го све­та и низ­кая сте­пень по­ля­ри­за­ции про­шед­ше­го све­та. Эти не­дос­тат­ки уст­ра­ня­ют­ся в по­ля­ри­за­то­рах, ис­поль­зую­щих в ка­че­ст­ве от­ра­жаю­ще­го эле­мен­та мно­го­слой­ное ди­элек­трич. по­кры­тие. Двух­лу­че­вые ин­тер­фе­рен­ци­он­ные по­ля­ри­за­то­ры (по­ля­ри­за­ци­он­ные све­то­де­ли­те­ли) об­ла­да­ют вы­со­кой ин­тен­сив­но­стью и вы­со­кой сте­пе­нью по­ля­ри­за­ции в от­ра­жён­ном и про­шед­шем пуч­ках.

Для по­вы­ше­ния по­ля­ри­зую­щей спо­соб­но­сти от­ра­жа­тель­ных по­ля­ри­за­то­ров ис­поль­зу­ют так­же по­сле­до­ва­тель­ность про­зрач­ных ди­элек­трич. пла­сти­нок, рас­по­ло­жен­ных под уг­лом Брю­сте­ра к па­даю­ще­му лу­чу (т. н. по­ля­ри­за­ци­он­ная сто­па). Та­кое уст­рой­ст­во об­ла­да­ет очень вы­со­кой лу­че­вой проч­но­стью и ис­поль­зу­ет­ся ино­гда для по­вы­ше­ния чув­ст­ви­тель­но­сти по­ля­ри­мет­рич. из­ме­ре­ний.

В кон. 20 – нач. 21 вв. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся мик­ро­про­во­лоч­ные ре­шёт­ча­тые по­ля­ри­за­то­ры, в ко­то­рых эф­фек­тив­ная ани­зо­тро­пия сре­ды дос­ти­га­ет­ся с по­мо­щью ре­шёт­ки про­во­дя­щих ни­тей с суб­мик­рон­ным пе­рио­дом, на­не­сён­ной на про­зрач­ный ди­элек­трик. Струк­ту­ра та­ко­го ти­па вос­при­ни­ма­ет­ся од­ной по­ля­ри­за­ци­он­ной ком­по­нен­той све­то­вой вол­ны как ме­тал­лич. зер­ка­ло, а дру­гой – как про­зрач­ная ди­элек­трич. пла­стин­ка. Та­кие по­ля­ри­за­то­ры ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­ки­ми по­ля­ри­зую­щей спо­соб­но­стью и лу­че­вой проч­но­стью, хо­ро­шей уг­ло­вой апер­ту­рой, ком­пакт­но­стью и удоб­ст­вом в ра­бо­те.

Цир­ку­ляр­ный по­ля­ри­за­тор обыч­но пред­став­ля­ет со­бой ком­би­на­цию ли­ней­но­го по­ля­ри­за­то­ра и чет­верть­вол­но­вой фа­зо­вой пла­стин­ки (ФП), вно­ся­щей фа­зо­вый сдвиг π/2 меж­ду дву­мя ор­то­го­наль­но по­ля­ри­зо­ван­ны­ми ком­по­нен­та­ми све­то­вой вол­ны и пре­об­ра­зую­щей ли­ней­но по­ля­ри­зо­ван­ный свет в цир­ку­ляр­но по­ля­ри­зо­ван­ный. Цир­ку­ляр­ный по­ля­ри­за­тор лег­ко пре­вра­ща­ет­ся в эл­лип­ти­че­ский при раз­во­ро­те осей ФП на не­ко­то­рый угол. В ка­че­ст­ве ФП обыч­но ис­поль­зу­ют­ся пла­стин­ки оп­ти­че­ски ани­зо­троп­ных кри­стал­лов или ромб Фре­не­ля – от­ра­жа­тель­ная ФП из оп­ти­че­ски изо­троп­но­го ма­те­риа­ла.

Все по­ля­ри­за­то­ры (ли­ней­ные, цир­ку­ляр­ные, эл­лип­ти­че­ские) мо­гут ис­поль­зо­вать­ся и как оп­тич. ана­ли­за­то­ры; при этом по­сле­до­ва­тель­ность рас­по­ло­же­ния ФП и ли­ней­но­го по­ля­ри­за­то­ра в со­став­ных эл­лип­тич. и цир­ку­ляр­ных по­ля­ри­за­то­рах ин­вер­ти­ру­ет­ся.

Де­по­ля­ри­за­ция све­та обыч­но дос­ти­га­ет­ся не пу­тём ис­тин­но­го уст­ра­не­ния вза­им­ной кор­ре­ля­ции его по­ля­ри­за­ци­он­ных ком­по­нент, а пу­тём пе­ре­ме­ши­ва­ния по­ля­ри­за­ци­он­ных со­стоя­ний с по­мо­щью спек­траль­ной, вре­менно́й или про­стран­ст­вен­ной по­ля­ри­за­ци­он­ной мо­ду­ля­ции.

В по­ля­ри­за­ци­он­ных мо­ду­ля­то­рах све­та обыч­но ис­поль­зу­ют эф­фек­ты на­ве­дён­ной оп­тич. ани­зо­тро­пии (Кер­ра эф­фек­ты, Пок­кель­са эф­фект, Фа­ра­дея эф­фек­ты, фо­то­уп­ру­гость) при мо­ду­ля­ции со­от­вет­ст­вую­ще­го внеш­не­го воз­му­ще­ния (элек­трич. по­ля, маг­нит­но­го по­ля, де­фор­ма­ции). По­ля­ри­за­ци­он­ная мо­ду­ля­ция све­та дос­ти­га­ет­ся при этом мо­ду­ля­ци­ей раз­но­сти фаз ме­ж­ду дву­мя ор­то­го­наль­ны­ми ком­по­нен­та­ми све­то­во­го пуч­ка. По­ля­ри­за­ци­он­ные мо­ду­ля­то­ры ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся во мно­гих оп­тич. при­бо­рах.

К бо­лее слож­ным П. п. от­но­сит­ся по­ля­ри­за­ци­он­ный мик­ро­скоп, при­ме­ня­е­мый для оп­ре­де­ле­ния ве­ли­чи­ны и ха­рак­те­ра ани­зо­тро­пии кри­стал­лич. сред и жид­ких кри­стал­лов. Для изу­че­ния ме­ха­нич. на­пря­же­ний в кон­ст­рук­ци­ях ис­поль­зу­ет­ся по­ля­ри­за­ци­он­но-оп­ти­че­ский ме­тод ис­сле­до­ва­ния на­пря­же­ний.

П. п. для из­ме­ре­ний вра­ще­ния плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции в сре­дах с ес­те­ст­вен­ной и на­ве­дён­ной маг­нит­ным по­лем оп­тич. ак­тив­но­стью (по­ля­ри­мет­ры) и ди­с­пер­сии это­го вра­ще­ния (спек­тро­по­ля­ри­мет­ры) иг­ра­ют су­ще­ст­вен­ную роль в фи­зич. ис­сле­до­ва­ни­ях твёр­дых тел, а так­же в хи­мич. и био­ло­гич. ис­сле­до­ва­ни­ях. При­ме­не­ние в по­ля­ри­мет­рах ла­зер­ных ис­точ­ни­ков све­та по­зво­ли­ло дос­тичь чув­ст­ви­тель­но­сти к уг­лу вра­ще­ния плос­ко­сти по­ля­ри­за­ции до 10–7 гра­ду­са.

Для об­на­ру­же­ния по­ля­ри­за­ции све­та ис­поль­зу­ют по­ля­ри­ско­пы. Сте­пень по­ля­ри­за­ции час­тич­но по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та из­ме­ря­ют с по­мо­щью по­ля­ри­мет­ра. Пре­дель­но об­на­ру­жи­вае­мая при­месь по­ля­ри­зо­ван­но­го све­та за­ви­сит от его ин­тен­сив­но­сти и дос­ти­га­ет от­но­сит. зна­че­ний по­ряд­ка 10–8.

П. п. ши­ро­ко при­ме­ня­ют­ся в ис­сле­до­ва­ни­ях элек­трон­ной струк­ту­ры ато­мов, мо­ле­кул и твёр­дых тел, ди­на­ми­ки спи­но­вых сис­тем, элек­трич. и маг­нит­ных свойств разл. сред, по­верх­но­ст­ных яв­ле­ний и оп­тич. свойств тон­ких плё­нок, для ре­ги­ст­ра­ции ста­тич. ме­ха­нич. на­пря­же­ний, а так­же аку­стич. и удар­ных волн в про­зрач­ных сре­дах, при изу­че­нии диф­фу­зии мак­ро­мо­ле­кул в рас­тво­рах, для оп­ре­де­ле­ния со­дер­жа­ния оп­ти­че­ски ак­тив­ных мо­ле­кул в рас­тво­рах (см. Са­ха­ри­мет­рия) и т. д. Прин­ци­пы по­ля­ри­за­ци­он­ной оп­ти­ки ис­поль­зу­ют­ся в сис­те­мах оп­ти­че­ской ло­ка­ции и оп­ти­че­ской свя­зи, в схе­мах управ­ле­ния ла­зер­ным из­лу­че­ни­ем, в ско­ро­ст­ной фо­то- и ки­но­съём­ке и др.

Вернуться к началу