Поляризаторы видимого света

Трёхгранные призмы, из которых состоят однолучевые поляризационные призмы, часто склеивают прозрачным веществом с преломления показателем . (Показатель преломления) n, близким к среднему значению показатель преломления обыкновенного (no) и необыкновенного (ne) лучей. Клеющими веществами служат канадский бальзам, глицерин, касторовое и льняное масла и др. Во многих поляризованных призмах их части разделены не клеем, а воздушной прослойкой, что снижает потери на поглощение при высоких плотностях излучения и даёт ряд преимуществ при работе в ультрафиолетовой области спектра. Используют также прослойки из плавленого кварца. Применяют поляризованные призмы в которых кристаллическая пластинка вклеена между двумя призмами из стекла, показатель преломления которого близок к большему показатель преломления кристалла (рис. 3). В таких поляризационные призмы проходит обыкновенный луч, а отражается необыкновенный. Для того чтобы один из лучей претерпевал на границе раздела (склейки) полное внутреннее отражение, выбираются определённые значения преломляющих углов трёхгранных призм и, как правило, определённые ориентации оптических осей кристаллов, из которых они вырезаны. Такое отражение происходит, если углы падения лучей на поляризационные призмы не превышают некоторых предельных углов I1 и I2(см., например, рис. 4 — поляризованная призма Глана — Томсона). Сумма l1 + I2 называется апертурой полной поляризации поляризованной призмы , её величина существенна при работе с поляризационными призмами в сходящихся пучках излучения. В поляризационных призмах со скошенными гранями (Николя, Фуко и др.) проходящий луч испытывает параллельное смещение, поэтому при вращении призмы вокруг луча последний также вращается. От этого и некоторых иных недостатков таких поляризационных призм свободны поляризационные призмы в форме прямоугольных параллелепипедов: Глана — Томсона, Глана (рис. 5), Глазебрука (рис. 6), Франка — Риттера (рис. 7) и пр. Из двухлучевых поляризационных призмы наиболее распространены поляризационные призмы Рошона, Сенармона, Волластона и некоторые др. (рис. 8). Один из двух пропускаемых лучей в поляризационные призмы . Рошона и Сенармона не меняет своего направления, другой (необыкновенный) отклоняется на угол θ (его величина Поляризационные призмы5—6°), сильно зависящий от длины волны света: θ = (n0 — ne) tgα, где α — преломляющий угол трёхгранных призм. П. п. Волластона даёт удвоенный угол расхождения лучей 2θ (около 10°), причём при перпендикулярном падении отклонения лучей симметричны; эта П. п. применяется в поляризационных Фотометрах,Спектрофотометрах и Поляриметрах. Угол а в поляризационных призмах из исландского шпата близок к 30°, из кристаллического кварца — к 60°.  

 Для поляризационных призм, как правило, характерны незначительная апертура полной поляризации, высокая стоимость и относительно большие размеры. Они требуют аккуратного обращения, но практически лишены хроматической аберрации, незаменимы при работе в УФ области спектра и в мощных потоках оптического излучения и позволяют получать однородно поляризованные пучки, степень поляризации которых лишь на Поляризационные призмы10-5 отличается от 1.        

        

 

 

        Рис. 1. Призма Николя. Штриховка указывает направление оптических осей кристаллов в плоскости чертежа. Направления электрических колебаний световых волн указаны на лучах стрелками (колебания происходят в плоскости рисунка) и точками (колебания перпендикулярны плоскости рисунка). O и е — обыкновенный и необыкновенный лучи. Чернение на нижней грани призмы поглощает полностью отражаемый от плоскости склейки обыкновенный луч. Клей — канадский бальзам.        

        

Рис. 2. Укороченная поляризационная призма Фуко с воздушным промежутком. Обозначения те же, что и на рис. 1.        

        

Рис. 3. Линейный поляризатор (поляризационная призма) из стекла и исландского шпата. Точки в прослойке шпата указывают, что его оптическая ось перпендикулярна плоскости рисунка. Остальные обозначения те же, что и на рис. 1.        

        

Рис. 4. Предельные углы падения I1 и l2 лучей на поляризационную призму Глана — Томсона. Обозначения при лучах те же, что и на рис. 1. Клеем служит канадский бальзам (апертура полной поляризации ε = l1 + I2 = 27,5°) или льняное масло (ε = 41°). Угол α = 76,5°.        

        

Рис. 5. Поляризационная призма Глана. А В — воздушный промежуток. Точки на обеих трёхгранных призмах указывают, что их оптические оси перпендикулярны плоскости рисунка. Обозначения при лучах те же, что и на рис. 1.        

        

Рис. 6. Поляризационная призма Глазебрука. Обозначения при лучах те же, что и на рис. 1. При склейке в плоскости АВ канадским бальзамом угол α = 12,1°, льняным маслом — 14°, глицерином — 17,3°. Оптические оси кристаллов обеих прямоугольных призм перпендикулярны плоскости рисунка (помечено точками).        

        

Рис. 7. Поляризационная призма Франка — Риттера (клей — канадский бальзам): а — вид сбоку; б — вид по ходу луча. Оптические оси кристаллических прямоугольных призм направлены под углом 45° к плоскости рисунка а и под углом 90° к плоскости колебаний электрического вектора необыкновенного луча (его плоскости поляризации).

 

 

 

        Рис. 8. Двухлучевые поляризационные призмы: а — призма Рошона; б — призма Сенармона; в — призма Волластона; г — призма из исландского шпата и стекла; д — Аббе. Штриховка указывает направление оптических осей кристаллов в плоскости рисунка. Точки означают, что оптическая ось перпендикулярна плоскости рисунка. Стрелки и точки на лучах указывают направления колебаний электрического вектора.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 4. ДВОЯКОПРЕЛОМЛЯЮЩИЕ ПРИЗМЫ

Двоякопреломляющие призмы используют различие в показателях преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, чтобы развести их возможно дальше друг от друга. Примером двоякопреломляющих призм могут служить призмы из исландского шпата и стекла, призмы, составленные из двух призм из исландского шпата со взаимно перпендикулярными оптическими осями. Для первых призм (рис. 9) обыкновенный луч преломляется в шпате и стекле два раза и, следовательно, сильно отклоняется, необыкновенный же луч при соответствующем подборе показателя преломления стекла n (n » nе) проходит призму почти без отклонения. Для вторых призм различие в ориентировке оптических осей влияет на угол расхождения между обыкновенным и необыкновенным лучами.                             

рис 9                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ДИХРОИЧНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ 

Двоякопреломляющие кристаллы обладают свойством дихроизма, т. е. различного поглощения света в зависимости от ориентации электрического вектора световой волны, и называются дихроичными кристаллами. Примером сильно дихроичного кристалла является турмалин, в котором из-за сильного селективного поглощения обыкновенного луча уже при толщине пластинки 1 мм из нее выходит только необыкновенный луч. Такое различие в поглощении, зависящее, кроме того, от длины волны, приводит к тому, что при освещении дихроичного кристалла белым светом кристалл по разным направлениям оказывается различно окрашенным.

Дихроичные кристаллы приобрели еще более важное значение в связи с изобретением поляроидов. Примером поляроида может служить тонкая пленка из целлулоида, в которую вкраплены кристаллики герапатита (сернокислого иод-хинина). Герапатит - двоякопреломляющее вещество с очень сильно выраженным дихроизмом в области видимого света. Установлено, что такая пленка уже при толщине » 0,1 мм полностью поглощает обыкновенные лучи видимой области спектра, являясь в таком тонком слое совершенным поляризатором. Преимущество поляроидов перед призмами - возможность изготовлять их с площадями поверхностей до нескольких квадратных метров. Однако степень поляризации в них сильнее зависит от А, чем в призмах. Кроме того, их меньшая по сравнению с призмами прозрачность (приблизительно 30%) в сочетании с небольшой термостойкостью не позволяет использовать поляроиды в мощных световых потоках. Поляроиды применяются, например, для защиты от ослепляющего действия солнечных лучей и фар встречного автотранспорта.

Разные кристаллы создают различное по значению н направлению двойное лучепреломление, поэтому, пропуская через них поляризованный свет и измеряя изменение его интенсивности после прохождения кристаллов, можно определить их оптические характеристики и производить минералогический анализ. Для этой цели используются поляризационные микроскопы.

Дихроичные поляризаторы — это анизотропно поглощающие тела. Пластинка, вырезанная из такого тела, разделяет падающий луч на две поляризованные компоненты и поглощает их в различной степени. 
Дихроичный поляризатор может представлять собой монокристалл, например, монокристалл турмалина. Однако поляризатор из монокристалла имеет недостатки: малая апертура, узкая спектральная область пропускания, высокая стоимость. 
 

 
6. ПОЛЯРОИД

Понятие "поляроид" 
Первый поляроид был изобретен Лендом в 1938 г . Поляроиды чаще применяются на практике, т.к. они удобны в обращении и сравнительно недорого стоят. Собственно говоря, поляроид - это пленка, имеющая преимущественное направление, обычно зажатая между двумя стеклышками (для защиты от механических повреждений) 

Виды поляроидов  
1) Н-тип  
Прозрачный плоский полимерный материал, состоящий из полимерных молекул, имеющих преимущественное направление, окрашен веществом, обеспечивающим дихроизм пленки. 
Производится из содержащей йод пленки поливинилового спирта, растянутой в одном направлении. Обладает высокой поляризующей способностью и большим значением наибольшего главного пропускания k1, в широком диапазоне. Двойное преломление. Портится при T=80° К. Чаще всего используется HN-32. 
2) Цветной дихроичный поляроид 
Растянутая пленка, содержащая ориентированные молекулы цветного красителя. Используется в корректирующих свет фильтрах при цветной фотографии. 
3) HR-тип 
Используется в астрономии, для близкой инфракрасной области. Имеет интенсивную область поглощения (1,5 мк) и обладает дихроизмом. 
Область применения (0,7- 2,3 мк). Нормальное применение при Т=65° С , короткое применение возможно при Т=90° С. 
Состоит из того же, что Н-тип. 
Существует много типов поляроидов, н.п. К-тип, L-тип, J-тип, но они редко используются.

Поляроид представляет собой тонкую поляризующую свет пленку, вклеенную между пластинками из стекла или прозрачной бесцветной пластмассы. Пленка, обладающая очень сильным дихроизмом в видимой области спектра, разлагает падающий на нее световой луч на два луча: обыкновенный и необыкновенный, из которых один почти полностью поглощается, а другой проходит почти неослабленным. 
Наиболее широкое распространение получили герапатитовые и поливиниловые поляроиды. Герапатитовые поляроиды изготавливают из полийодида сульфата хинина, чаще всего в виде суспензии ультрамикроскопических иглообразных кристалликов в нитро или ацетилцеллюлозной пленке. При этом все кристаллики ориентированы параллельно друг другу. 
Поливиниловые поляроиды изготавливают из содержащей йод пленки поливинилового спирта, растянутой в одном направлении. Одиночные поливиниловые поляроиды пропускают около 30% и рассеивают примерно ОД % падающего света, герапетитовые пропускают примерно 28% и рассеивают 3,5% света. Апертурный угол поляризации составляет около 90° для поливиниловых и около 60° для герапатитовых поляроидов. Цвет отдельного поляроида серый или серо-зеленый. Два поляроида со скрещенными плоскостями поляризации почти полностью гасят проходящий свет. В настоящее время поляроиды в большей части приборов вытесняют монокристаллические поляризаторы.Поляроид- поляризационный светофильтр, один из основных типов оптических линейных поляризаторов; представляет собой тонкую поляризационную плёнку, заклеенную для защиты от механических повреждений и действия влаги между двумя прозрачными пластинками (плёнками).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7.Заключение

В ходе проделанной работы , мы выяснили что поляризатор – элемент, устанавливаемый между облучателем и конвертером, который предназначен для выбора необходимого вида поляризации принимаемой радиоволны. Они используются в поляризацио́нных фильтрах. В радиотехнике и в быту под поляризатором понимается устройство для преобразования вертикальной или горизонтальной поляризации в круговую (эллиптическую) или наоборот. В антеннах в качестве поляризаторов используют волноводы с вкрученными винтами. Осуществление процесса поляризации возможно за счет разных физических явлений: дихроизма, двойного лучепреломления отражения, рассеяния. Наиболее распространены дихроичные поляризаторы, но используются и двоякопреломляющие. Поляризаторы, основанные на отражении и рассеянии, применяют в исключительных случаях.

 

8. Список литературы

1. http://ru.wikipedia.org/

2. http://dic.academic.ru/

3. http://blackterror.org/

4. http://www.cartalana.ru/

5. http://femto.com.ua/