Поляризационные призмы. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Поляризационные призмы - один из классов призм оптических, простейшие поляризационные приборы, предназначенные для получения линейно поляризованного оптического излучения (см. Поляризация света)или для определения характера и степени его поляризации.

В соответствии с этим поляризационные призмы в оптических приборах выполняют функции поляризаторов или анализаторов. Обычно поляризационные призмы являются двупреломляющими поляризаторами, т. е. полярнзов. свет получается с использованием двойного лучепреломления. Поляризационные призмы состоят из двух или более трёхгранных призм, на границе раздела между к-рыми резко различаются условия прохождения для компонент светового луча, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Такая ситуация реализуется, напр., при прохождении света через наклонную границу раздела двух сред. одна из к-рых сильно анизотропна. В качестве оптически анизотропных сред в поляризационных призмах используются прозрачные двупреломляющие кристаллы, наиб. употребительными из которых являются одноосный оптически отрицательный гексагональный кристалл исландского шпата

обладающий широкой областью прозрачности и большим двупреломлением, кристаллич. кварц

и фтористый магний

Условия прохождения светового пучка через границу раздела между двумя средами обычно выбирают такими, что одна из поляризац. компонент испытывает полное внутреннее отражение и отсекается (поглощается черненой поверхностью призмы), а из призмы выходит только один линейно поляризованный луч.

Трёхгранные призмы, изготовляемые из оптически анизотропного материала, склеиваются прозрачным изотропным веществом, показатель преломления к-ро-го близок к ср. значению n обыкновенного

и необыкновенного

лучей. Классич. примером такой поляризационной призмой является призма Hиколя (рис. 1), изобретённая в 1828 У. Николем (W. Nicol) н явившаяся первым эффективным линейным поляризатором, основанным на двойном лучепреломлении.

Рис. 1. Призма Николя. Штриховка указывает направление оптических осей кристалла в плоскости чертежа. Направления электрических колебаний световых волн указаны на лучах стрелками (колебания в плоскости рисунка) и точками (колебания перпендикулярны плоскости рисунка), а ч е - обыкновенный и необыкновенный лучи. Чернение нижней грани призмы поглощает полностью отражаемый от плоскости склейки обыкновенный луч.

Существуют также поляризационные призмы, элементы которых изготовляются из оптически изотропного материала - стекла, а прослойка между ними - из кристалла исландского шпата. К этому типу поляризационных призм относится поляризатор Фюсснера, изобретённый в 1884 (рис. 2).

При исследовании в УФ-области спектра, а также при работе с мощными пучками оптич. излучения часто используются поляризационные призмы, разделённые воздушным промежутком, - призма Глана (рис. 3), призма Глана - Томпсона (рис. 4), призма Fуко (со скошенной входной и выходной гранями, как

Рис. 2. Поляризационная призма из стекла и исландского шпата (призма Фюсснера). Точки в прослойке шпата указывают, что его оптическая ось перпендикулярна плоскости рисунка.

Рие. 3. Поляризационная призма Глана. A В - воздушный промежуток. Точки на обеих трёхгранных призмах указывают, что их оптические оси перпендикулярны плоскости рисунка.

у призмы Николя) и пр. В поляризационных призмах со скошенными гранями проходящий луч испытывает параллельное смещение, поэтому при вращении призмы вокруг луча выходной луч описывает окружность. От этого недостатка свободны поляризационные призмы в форме прямоуг. параллелепипедов: призмы Глана, Глана - Томпсона. Аренса (рис. 5), Глазебрука (половина призмы Аренса) и др.

Поляризующее действие призм, использующих полное внутр. отражение, зависит от угла падения светового луча: для световых пучков, углы падения к-рых превышают нек-рые критич. значения

условия разделения двух поляризац. компонент пучка не выполняются, и поляризующее действие призмы прекращается (рис. 4). В общем случае

и угл. рабочее поле поляризационной призмы несимметрично. Сумма углов

наз. апертурой полной поляризации поляризационной призмы и у нек-рых поляризационных призм достигает

Наряду с описанными П. п., пропускающими один линейно поляризованный луч (т. н. однолуче-вые П. п.), существуют конструкции П. п., пространственно разделяющие две линейно поляризованные компоненты. Такие дву лучевые П. п. широко применяются в разл. поляризац. приборах как своеобразные двухканальные анализаторы. Они используются для получения на выходе оптич. системы знакопеременного сигнала при нулевом методе измерений, а также для подавления избыточных световых шумов, проявляющихся в синфазной модуляции интенсивности света в обоих каналах.

Рис. 6. Двулучевые поляризационные призмы: а - призма Ротона; б - призма Сенармона; в - призма Волластона. Штриховка указывает направление оптических осей кристаллов в плоскости рисунка.

Из двулучевых П. п. наиб. распространение имеют призмы Рошона, Сенармона и Волластона (рис. 6). В П. п. Рошона и Сенармона обыкновенный луч не меняет своего направления, а необыкновенный отклоняется на угол

зависящий от длины волны света. П. п. Волластона даёт при нормальном падении симметрия, отклонение обыкновенного и необыкновенного лучей.

Значит. распространение получили П. п., использующие поляризацию при отражении света. Они представляют собой прямоуг. параллелепипед из двух оптически изотропных трёхгранных призм с многослойным интерференц. покрытием на диагональной плоскости. Многослойные диэлектрич. покрытия (плёнки), созданные надлежащей комбинацией диэлектрич. слоев опре-дел. толщины и с разл. показателями преломления, дают т. н. интерференционное отражение (коэф. отражения для определ. длин волн доходит до 98-99%). А т. к. при отражении происходит поляризация света, то плёнки, подобно оптич. стопе, дают сильно поляризованный отражённый свет. Такие интерференционные поляризаторы обладают значительной спектральной селективностью и зависимостью степени поляризации от угла падения луча, но не требуют для своего изготовления дорогостоящих природных кристаллов исландского шпата и имеют довольно высокие поляризац. и угл. характеристики.

П. п. являются наиб. высококачеств. и универсальными поляризаторами для работы в широкой области спектра и в мощных пучках излучения.

Литература по поляризационным призмам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.