ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПРИЗМЫ

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПРИЗМЫ

       

простейшие поляризационные приборы, один из классов призм оптических П. п. служат линейными поляризаторами — с их помощью получают линейно-поляризованное оптическое излучение (см. ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА). Обычно П. п. состоят из двух или более трёхгранных призм, по меньшей мере одна из к-рых вырезается из оптически анизотропного (см. ОПТИЧЕСКАЯ АНИЗОТРОПИЯ) кристалла. Проходящее через них излучение преодолевает наклонную границу раздела двух сред, на к-рой условия преломления света для компонент светового пучка, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, резко различаются. В частности, для одной из этих компонент на границе раздела могут выполняться условия полного внутреннего отражения, в результате чего через П. п. проходит лишь др. компонента.

Рис. 1, Призма Николя. Штриховка указывает направление оптич. осей кристаллов в плоскости чертежа. Направления электрич. колебаний световых волн указаны на лучах стрелками (колебания в плоскости рисунка) и точками (колебания перпендикулярны плоскости рисунка) о и е — обыкновенный и необыкновенный лучи. Чернение на нижней грани призмы поглощает полностью отражаемый от плоскости склейки обыкновенный луч.

Так, напр., для П. п. Николя: (рис. 1) и Фуко пропускается н е о б ы к н о в е н н ы й луч е (см. ДВОЙНОЕ ЛУЧЕПРЕЛОМЛЕНИЕ, КРИСТАЛЛООПТИКА), а отсекается — поглощается или выводится в сторону — о б ы к н о в е н н ы й луч о. В П. п. из стекла с вклеенной крист. пластинкой (рис. 2) проходит обыкновенный луч, а отражается необыкновенный. Подобные П. п. наз. однолучевыми. Двухлучевые П. п. пропускают обе взаимно перпендикулярно линейно-поляризованные компоненты исходного пучка, пространственно разделяя их. Чаще всего П. п. изготовляют из исландского шпата СаСO3, крист. кварца SiO2 или фтористого магния MgF2.

Трёхгранные призмы, из к-рых состоят однолучевые П. п., склеивают прозрачным в-вом с преломления показателем n, близким к ср. значению n обыкновенного (no) и необыкновенного (ne) лучей.

Рис. 2. Поляризац. призма из стекла и исландского шпата. Точки в прослойке шпата указывают, что его оптич. ось перпендикулярна плоскости рисунка.

Во мн. П. п. .их части разделены не клеем, а возд. прослойкой; это снижает потери на поглощение при высоких плотностях излучения и имеет ряд преимуществ при работе в УФ области спектра. Для •того чтобы один из лучей претерпевал на границе раздела (склейки) полное внутр. отражение, выбираются определённые значения преломляющих углов трёхгранных призм и определённые ориентации оптич. осей кристаллов, из к-рых они вырезаны. Такое отражение происходит, если углы падения лучей на П. п. не превышают нек-рых предельных углов I1 и I2 (см., напр., рис. 3 — П. п. Глана — Томсона). Сумма I1+I2 наз. а п е р т у р о й п о л н о й п о л я р и з а ц и и П. п.

'Рис. 3. Предельные углы падения I1 и I2 лучей на поляризац. призму Глана — Томсона.

В П. п. со скошенными гранями (Николя, Фуко и др.) проходящий луч испытывает параллельное смещение; поэтому при вращении призмы вокруг луча смещённый луч также вращается вокруг него. От этого недостатка свободны П. п. в форме прямоугольных параллелепипедов: Глана — Томсона, Глана (рис. 4) и пр.

Из двухлучевых П. п. наиболее распространены П. п. Рошона, Сенармона, Волластона (рис. 5).

Рис. 4. Поляризац. призма Глана. АВ — возд. промежуток. Точки на обеих трёхгранных призмах указывают, что их оптич. оси перпендикулярны плоскости рисунка.

Рис. 5. Двухлучевые поляризац. призмы: а — призма Рошона; б — призма Сенармона; в — призма Волластона. Штриховка указывает направление оптич. осей кристаллов в плоскости рисунка.

В П. п. Рошона и Сенармона обыкновенный луч не меняет своего направления, а необыкновенный отклоняется на угол q (5—6°), зависящий от длины волны света. П. п. Волластона даёт при перпендикулярном падении симметричное отклонение o и e лучей. П. п. незаменимы при работе в УФ области спектра и в мощных потоках оптич. излучения и позволяют получать однородно поляризованные пучки, степень поляризации к-рых лишь на =10-5 отличается от 1.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПРИЗМЫ

- один из классов призм оптических, простейшие поляризац. приборы, предназначенные для получения линейно поляризованного оптич. излучения (см. Поляризация света )или для определения характера и степени его поляризации. В соответствии с этим П. п. в оптич. приборах выполняют функции поляризаторов или анализаторов. Обычно П. п. являются двупреломляющими поляризаторами, т. е. полярнзов. свет получается с использованием двойного лучепреломления. П. п. 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 П. п. используются прозрачные дву-преломляющие кристаллы, наиб. употребительными из к-рых 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 П. п. является призма Hиколя (рис. 1), изобретённая в 1828 У. Николем (W. Nicol) н явившаяся первым эфф. 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 П. п., элементы к-рых изготовляются из оптически изотропного материала - стекла, а прослойка между ними - из кристалла исландского шпата. К этому типу П. п. 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 П. п., 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 П. п. со скошенными гранями проходящий луч испытывает параллельное смещение, поэтому при вращении призмы вокруг луча выходной луч описывает окружность. От этого недостатка свободны П. п. 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 и условия разделения двух поляризац. компонент пучка не выполняются, и поляризующее действие призмы прекращается (рис. 4). В общем случае и угл. рабочее поле П. п. несимметрично. Сумма углов наз. апертурой полной поляризации П. п. и у нек-рых П. п. 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.

Лит.: Шерклифф У., Поляризованный свет, пер. с англ., М., 1965; Крылова Т. Н., Интерференционные покрытия, Л., 1973. В. С. Запасский.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.