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 к-рые разделяют П. п., относятся простейшие устройства для получения
и преобразования поляризованного света - линейные и циркулярные поляризаторы
(П),
фазовые пластинки, компенсаторы оптические, деполяризаторы и пр.
2-я категория П. п.-более сложные конструкции и установки для количеств,
поляризационно-оптич. исследований. В качестве элементов в них входят П.
п. 1-й категории, а также приёмники света, монохроматоры, вспомогательные
электронные устройства и мн. др.
Простейшие поляризационные устройства.
В П для получения полностью или частично поляризованного света используется
одно из трёх физич. явлений: 1) поляризация при отражении света или
преломлении
света на границе раздела двух прозрачных сред; линейный дихроизм -
одна из форм плеохроизма, 3) двойное лучепреломление.
Свет,
отражённый от поверхности, разделяющей две среды с разными преломления
показателями п, всегда частично поляризован. Если же луч света падает
на границу раздела под углом, тангенс к-рого равен отношению абс. п
2-й
и 1-й сред (их относит, п), то отражённый луч поляризован полностью
(см. Брюстера закон). Недостатки отражат. П - малость коэфф. отражения
и сильная зависимость степени поляризации р от угла падения и длины
световой волны. Преломлённый луч также частично поляризован, причём его
р
монотонно возрастает с увеличением угла падения. Пропуская свет последовательно
через неск. 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 собств. и
примесных полос поглощения света двулучепреломляющие среды неодинаково
поглощают обыкновенный и необыкновенный 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 наз. дихроичными. К ди-хроичным П относятся и поляроиды, поглощающее
вещество к-рых может быть как кристаллич., так и некристаллическим. Важные
преимущества поляроидов - компактность, большие рабочие апертуры (макс,
углы раствора сходящегося или расходящегося падающего пучка, при которых
прошедший свет ещё поляризован полностью) и практически полное отсутствие
ограничений в размере.
П, действие к-рых 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 оптич. излучения.
Пластинки из оптически анизотропных материалов,
вносящие сдвиг фазы между двумя взаимно перпендикулярными компонентами
электрич. вектора Е проходящего через них излучения (соответствующими
двум линейным поляризациям), наз. фазовыми, или волновыми, пластинками
(ФП) и предназначены для изменения состояния поляризации излучения. Так,
циркулярные или эллип-тич. 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
естеств. оптич. анизотропией (напр., кристаллов), так и из веществ, анизотропия
к-рых индуцируется приложенным извне воздействием -электрич. полем, механич.
напряжением и пр. (см. Керра ячейка, Фотоупругость, Электрооптика).
Применяются
также отражат. ФП (напр., ромб Френе-л я, рис. 1); принцип их действия
основан на изменении состояния поляризации света при его полном внутреннем
отражении. Преимуществом отражат. ФП перед двупреломляющими является
почти полное отсутствие зависимости фазового сдвига от длины волны.
Все П (линейные, циркулярные, эллип-тич.)
могут использоваться не только как П в собств. 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
к-рых 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.
Рис. 1. Ромб Френеля, вырезанный из оптического
стекла. При близком к нормальному падении луча света, поляризованного линейно
под углом 45° к плоскости падения, линейные составляющие луча, поляризованные
параллельно и перпендикулярно этой плоскости, при каждом из двух полных
внутренних отражений приобретают разность фаз в 1/8 периода световой волны.
Итоговая разность фаз в 1/4 периода (90°) даёт луч, поляризованный по кругу
(циркулярно).
Приборы для поляризационно-оптическихисследований
отличает чрезвычайное разнообразие сфер применения, конструктивного оформления
и принципов действия. Их используют для фотомет-рич. и пирометрич. измерений,
кристал-лооптич. исследований, изучения механич. напряжений в конструкциях
(см. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений), в
микроскопии, в поляриметрии и сахариметрии, в скоростной
фото- и киносъёмке, геоде-зич. устройствах, в системах оптической локации
и
оптической
связи, в схемах управления лазеров, для физич. исследований
электронной структуры атомов, молекул и твёрдых тел и др. Описанию многих
из этих приборов посвящены отд. статьи. Поэтому ниже следует лишь краткий
обзор нек-рых осн. классов подобных приборов.
Элементом большинства П. п. 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 преимуществ. применение в фотометрических П. п. - фотометрах и
спектрофотометрах
(как
с визуальной, так и с фотоэлектрич. регистрацией). П. п. представляют собой
осн. элементы оборудования для кристаллооптических и иных исследований
сред, обладающих оптич. анизотропией - естеств. или наведённой. При таких
исследованиях широко применяются поляризационные микроскопы (см. Микроскоп),
позволяющие
на основе визуальных наблюдений делать выводы о характере и величине оптич.
анизотропии вещества. Для прецизионного анализа оптич. анизотропии и её
зависимости от длины волны излучения применяются автоматич. приборы с фотоэлектрич.
регистрацией. Практически всегда при количеств. анализе анизотропии требуется
сопоставить оптич. свойства среды для двух ортогональных поляризаций -
линейных, если измеряется линейный дихроизм или линейное двулучепреломле-ние,
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 П. п. такого назначения часто включают поляризационный
модулятор (см. Модуляция света).
Рис. 2. Полярископ Савара состоит из двух
склеенных пластинок кристаллического кварца одинаковой толщины d, вырезанных
так, что их оптические оси составляют с осью полярископа углы в 45°, и
жёстко связанного с пластинкой Савара анализатора, плоскость поляризации
к-рого направлена под 45° к главным сечениям этой пластинки. На рис. изображена
только пластинка Савара. При падении частично поляризованного света в поле
зрения наблюдаются интерференционные полосы. В случае полностью неполяризованного
света полосы отсутствуют при любой ориентации полярископа.
П. п. служат для обнаружения и количеств.
определения степени поляризации частично поляризованного света. Простейшими
из таких П. п. являются полярископы - двулучепреломляющие пластинки, в
к-рых 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 хи-мич.
и биофизич. исследованиях играет обширный класс П. п., служащий для измерения
вращения плоскости поляризации в средах с естеств. или наведённой магнитным
полем оптической активностью - поляриметры - и дисперсии этого вращения
- спектрополяриметры. Относительно простыми, но практически очень важными
П. п. являются сахариметры - приборы для измерения содержания Сахаров
и нек-рых др. оптически-активных веществ в растворах.
Лит.: Шишловский А. А., Прикладная
физическая оптика, М., 1961; Меланхолии Н. М., Грум-Гржимайло С. В., Методы
исследования оптических свойств кристаллов, М., 1954; Васильев Б. И., Оптика
поляризационных приборов, М., 1969. В. С. Запасский.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я