Поляризационные приборы

Определение "Поляризационные приборы" в Большой Советской Энциклопедии

Полярископ Савара

Поляризационные приборы, предназначаются для обнаружения, анализа, получения и преобразования поляризованного оптического излучения (света), а также для различных исследований и измерений, основанных на явлении поляризации света. К 1-й из двух категорий, на которые разделяют Поляризационные приборы, относятся простейшие устройства для получения и преобразования поляризованного света — линейные и циркулярные поляризаторы (П), фазовые пластинки, компенсаторы оптические, деполяризаторы и пр. 2-я категория Поляризационные приборы — более сложные конструкции и установки для количественных поляризационно-оптических исследований. В качестве элементов в них входят Поляризационные приборы 1-й категории, а также приёмники света, монохроматоры, вспомогательные электронные устройства и многие др.

Ромб Френеля

Простейшие поляризационные устройства. В П для получения полностью или частично поляризованного света используется одно из трёх физических явлений: 1) поляризация при отражении света или преломлении света на границе раздела двух прозрачных сред; 2) линейны и дихроизм — одна из форм плеохроизма; 3) двойное лучепреломление. Свет, отражённый от поверхности, разделяющей две среды с разными преломления показателями n, всегда частично поляризован. Если же луч света падает на границу раздела под углом, тангенс которого равен отношению абсолютных n 2-й и 1-й сред (их относительный n), то отражённый луч поляризован полностью (см. Брюстера закон). Недостатки отражательных П — малость коэффициента отражения и сильная зависимость степени поляризации р от угла падения и длины световой волны. Преломленный луч также частично поляризован, причём его р монотонно возрастает с увеличением угла падения. Пропуская свет последовательно через несколько прозрачных плоскопараллельных пластин, можно достичь того, что р прошедшего света будет значительна (см. Стопа в оптике).

Среды, обладающие оптической анизотропией, по-разному поглощают лучи различных поляризаций. В частности, в областях собственных и примесных полос поглощения света двулучепреломляющие среды неодинаково поглощают обыкновенный и необкновенный лучи (см. Кристаллооптика); это и есть их линейный дихроизм. Если толщина пластинки, вырезанной из анизотропного кристалла (с полосами поглощения в нужной области спектра) параллельно его оптической оси, достаточна, чтобы один из лучей поглотился практически нацело, то прошедший через пластинку свет будет полностью поляризован. Такие П называют дихроичными. К дихроичным П относятся и поляроиды, поглощающее вещество которых может быть как кристаллическим, так и некристаллическим. Важные преимущества поляроидов — компактность, большие рабочие апертуры (максимальные углы раствора сходящегося или расходящегося падающего пучка, при которых прошедший свет ещё поляризован полностью) и практически полное отсутствие ограничений в размере.

П, действие которых основано на явлении двойного лучепреломления, подробно описаны в ст. Поляризационные призмы. Их апертуры меньше, чем у поляроидов, а габариты, вес и стоимость больше; однако они всё же незаменимы в ультрафиолетовой области спектра и при работе с мощными потоками оптического излучения.

Пластинки из оптически анизотропных материалов, вносящие сдвиг фазы между двумя взаимно перпендикулярными компонентами электрического вектора Е проходящего через них излучения (соответствующими двум линейным поляризациям), называют фазовыми, или волновыми, пластинками (ФП) и предназначены для изменения состояния поляризации излучения. Так, циркулярные или эллиптическимие П обычно представляют собой совокупность линейного П и ФП. Для получения света, поляризованного по кругу (циркулярно), применяют ФП, вносящую сдвиг фазы в 90° (пластинка четверть длины волны, см. Компенсатор оптический). Двулучепреломляющие ФП изготовляют как из материалов с естественной оптической анизотропией (например, кристаллов), так и из веществ, анизотропия которых индуцируется приложенным извне воздействием — электрическим полем, механическим напряжением и пр. (см. Керра ячейка, Фотоупругость, Электрооптика). Применяются также отражательные ФП (например, ромб Френеля, рис. 1); принцип их действия основан на изменении состояния поляризации света при его полном внутреннем отражении. Преимуществом отражательных ФП перед двупреломляющими является почти полное отсутствие зависимости фазового сдвига от длины волны.

Все П (линейные, циркулярные, эллиптические) могут использоваться не только как П в собственном смысле слова (для получения света требуемой поляризации), но и для анализа состояния поляризации света, т. е. как анализаторы. Анализ эллиптически поляризованного света производят с помощью компенсаторов разности хода, простейшим из которых является упомянутая выше четвертьволновая ФП. Часто возникающую проблему деполяризации частично поляризованного излучения обычно решают не истинной деполяризацией (это — исключительно сложная задача), а сводят её к созданию тонкой пространственной, спектральной или временной поляризационной структуры светового пучка.

Приборы для поляризационно-оптических исследований отличает чрезвычайное разнообразие сфер применения, конструктивного оформления и принципов действия. Их используют для фотометрических и пирометрических измерений, кристаллооптических исследований, изучения механических напряжений в конструкциях (см. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений), в микроскопии, в поляриметрии и сахариметрии, в скоростной фото- и киносъёмке, геодезических устройствах, в системах оптической локации и оптической связи, в схемах управления лазеров, для физических исследований электронной структуры атомов, молекул и твёрдых тел и др. Описанию многих из этих приборов посвящены отдельные статьи. Поэтому ниже следует лишь краткий обзор некоторых основных классов подобных приборов.

Элементом большинства Поляризационные приборы является схема, состоящая из последовательно расположенных на одной оси линейного П и анализатора. Если их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны, схема не пропускает света (установка на гашение). Изменение угла между этими плоскостями приводит к изменению интенсивности проходящего через систему света по Малюса закону (пропорционально квадрату косинуса угла). Особое удобство этой схемы для сравнения и измерения интенсивностей световых потоков обусловило её преимущественное применение в фотометрических Поляризационные приборы — фотометрах и спектрофотометрах (как с визуальной, так и с фотоэлектрической регистрацией). Поляризационные приборы представляют собой основные элементы оборудования для кристаллооптических и иных исследований сред, обладающих оптической анизотропией — естественной или наведённой. При таких исследованиях широко применяются поляризационные микроскопы (см. Микроскоп), позволяющие на основе визуальных наблюдений делать выводы о характере и величине оптической анизотропии вещества. Для прецизионного анализа оптической анизотропии и её зависимости от длины волны излучения применяются автоматические приборы с фотоэлектрической регистрацией. Практически всегда при количественном анализе анизотропии требуется сопоставить оптические свойства среды для двух ортогональных поляризаций — линейных, если измеряется линейный дихроизм или линейное двулучепреломление, и круговых при измерении циркулярного (кругового) дихроизма или вращения плоскости поляризации. Это сопоставление в электронной схеме прибора производится на достаточно высокой частоте, удобной для усиления сигнала и подавления шумов. Поэтому Поляризационные приборы такого назначения часто включают поляризационный модулятор (см. Модуляция света).

  Поляризационные приборы служат для обнаружения и количественного определения степени поляризации частично поляризованного света. Простейшими из таких Поляризационные приборы являются полярископы — двулучепреломляющие пластинки, в которых используется интерференция света в сходящихся поляризованных лучах (хроматическая поляризация, см. Поляризация света). Типичный полярископ — пластинка Савара — показан на рис. 2. Самые точные из полярископов позволяют обнаружить примесь поляризованного света к естественному, составляющую доли процента.

Чрезвычайно существенную роль в химических и биофизических исследованиях играет обширный класс Поляризационные приборы, служащий для измерения вращения плоскости поляризации в средах с естественной или наведённой магнитным полем оптической активностью — поляриметры — и дисперсии этого вращения — спектрополяриметры. Относительно простыми, но практически очень важными П. и. являются сахариметры — приборы для измерения содержания сахаров и некоторых др. оптически-активных веществ в растворах.

Лит.: Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М., 1961; Меланхолин Н. М., Грум-Гржимайло С. В., Методы исследования оптических свойств кристаллов, М., 1954; Васильев Б. И., Оптика поляризационных приборов, М., 1969.
  В. С. Запасский.