Поляризаторы с двойным лучепреломлением
Введение:
Оптический поляризатор — это оптический элемент, который фильтрует свет и разделяет его на два луча с определённым соотношением в зависимости от состояния его поляризации. Одним из самых распространённых типов оптических поляризаторов являются кристаллические поляризаторы, использующие двулучепреломляющие свойства анизотропных кристаллов. Распространёнными материалами подложек являются кальцит (CaCO₃), кварц (SiO₂), боро-борат бария (BBO), фторид магния (MgF₂) и ванадат иттрия (YVO₄). Кристаллические поляризаторы часто состоят из двух призм, собранных вместе, и способы сборки могут быть различными: склеивание, оптический контакт или воздушный зазор. В целом, существуют три основных типа поляризаторов на основе двулучепреломления: поляризаторы Глана, поляризаторы Волластона и поляризаторы Рошона. Кроме того, существуют устройства для вращения плоскости поляризации и деполяризаторы. В этой статье мы рассмотрим основные понятия поляризаторов и принципы их работы.
Поляризатор Глана:
Поляризаторы Глана часто изготавливаются из двух призм из кальцита (хотя они также могут быть изготовлены из альфа-BBO или YVO₄), с идентичной ориентацией оптических осей, параллельных плоскости отражения. Поляризаторы Глана используют различие показателей преломления для обыкновенного и необыкновенного лучей и явление полного внутреннего отражения для разделения лучей. Когда свет падает перпендикулярно торцевой поверхности, он из-за двулучепреломления кальцита разделяется на два компонента, но оба (обыкновенный и необыкновенный лучи) не отклоняются, а угол их падения на границе между призмами равен углу θ между наклонной и прямоугольной гранями призмы. Поскольку угол падения для обыкновенного луча превышает критический, происходит полное внутреннее отражение (ПВО). Отражённый обыкновенный луч поглощается покрытием внутри призмы, а необыкновенный проходит и формирует линейно поляризованный пучок. Положение призм подбирается так, чтобы обыкновенный луч превышал критический угол и отражался, а необыкновенный продолжал распространяться. Поляризаторы Глана подразделяются на поляризаторы Глана-Томпсона и поляризаторы Глана-Тейлора. Для работы с мощными лазерами применяются конструкции с воздушным зазором и корпусами с двумя выходными окнами для отвода избыточной энергии — такие устройства называют лазерные поляризаторы Глана.
Рисунок 1. Поляризатор Глана.
Поляризатор Волластона:
Призма Волластона состоит из двух призм, оптические оси которых одновременно перпендикулярны друг другу и перпендикулярны направлению распространения света. Такие призмы разделяют входящий свет на два луча с линейной поляризацией и перпендикулярными векторами поля. Обычно изготавливаются из двух прямоугольных призм из кальцита, склеенных вместе.
Когда естественный свет падает вертикально на входную поверхность призмы, поляризатор Волластона разделяет его на два ортогональных поляризационных компонента. Обыкновенный и необыкновенный лучи проходят в одном направлении без преломления, но с разными скоростями Vo и Ve. При входе во вторую призму оптическая ось которой перпендикулярна оси первой призмы, роли лучей меняются: обыкновенный становится необыкновенным, и наоборот. Таким образом, обыкновенный луч первой призмы преломляется на границе по относительному показателю преломления ne/no, а необыкновенный — по показателю no/ne. Поскольку кальцит — отрицательно двулучепреломляющий кристалл (no > ne), необыкновенный луч во второй призме отклоняется от нормали, а обыкновенный — к нормали. В результате луч разделяется во второй призме, и после выхода из призмы два поляризованных луча расходятся под определённым углом с взаимно перпендикулярной поляризацией.
Рисунок 2. Поляризатор Волластона
Поляризатор Рошона:
Поляризатор Рошона — это оптический поляризатор, состоящий из двух клиновидных призм, изготовленных из одноосных двулучепреломляющих материалов. Поляризаторы Рошона используются для разделения линейно поляризованного света на два компонента с ортогональной поляризацией: обыкновенный и необыкновенный лучи. Оптические оси призм расположены так, что в первой клиновидной призме оба луча распространяются вдоль оптической оси, а во второй — перпендикулярно ей. Ось одной из призм параллельна нормали к поверхности, а ось другой — перпендикулярна плоскости падения.
Обыкновенный луч в первой призме становится необыкновенным во второй, а необыкновенный — обыкновенным. Тогда eo-луч (преобразованный необыкновенный) не отклоняется, а oe-луч (преобразованный обыкновенный) отклоняется под определённым углом. Угол отклонения зависит от угла клина и показателей преломления материала призмы.
Рисунок 3. Поляризатор Рошона
Вращатель поляризации:
Вращатель поляризации — это оптическое устройство, которое поворачивает ось поляризации линейно поляризованного света на определённый угол. Такое вращение связано с управлением вектором электрического или магнитного поля в заданной плоскости вдоль направления распространения. Способность вещества вращать плоскость поляризации называется оптической активностью. По сравнению с фазовыми пластинами, вращатель не чувствителен к вращению вокруг своей оси.
Деполяризатор:
Деполяризатор — это оптический компонент, предназначенный для рассеивания поляризации света. Идеальный деполяризатор должен бы формировать свет с произвольной поляризацией вне зависимости от поляризации входного пучка, однако на практике деполяризаторы создают псевдослучайную поляризацию. В случаях, когда линейно поляризованный пучок нежелателен, например, в отражательном спектрометре, деполяризатор преобразует его в смесь поляризаций. Это используется для подавления эффектов, зависящих от поляризации, и широко применяется в поляризационно-чувствительных приборах.
Related Products
Tags: Категории оптических кристаллических поляризаторов с двулучепреломлением