Поляризаторы — это оптические устройства, предназначенные для выделения из естественного света одного определённого направления колебаний электрического вектора, т.е. для получения линейно поляризованного света. Их работа основана на использовании явлений двойного лучепреломления, отражения, поглощения и интерференции. При прохождении через поляризатор свет теряет одну из составляющих своей электрической векторной волны, благодаря чему становится частично или полностью поляризованным.
Свет, проходя через поляризатор, теряет свою симметрию в направлении колебаний. Если поляризатор идеален, то на выходе остаётся только одна компонента электрического вектора — перпендикулярная к так называемой «гасительной» оси.
Призма Николя (анализатор Николя) является одним из наиболее известных и исторически первых типов поляризаторов. Она основана на использовании двупреломляющих свойств исландского шпата (прозрачного кристалла кальцита). Конструкция состоит из двух призм, склеенных оптически прозрачным клеем (обычно бальзамом канадским), имеющим показатель преломления меньший, чем показатель преломления для необыкновенного луча, но больший, чем для обыкновенного.
Принцип работы:
Когда естественный свет поступает в призму Николя, он, благодаря двойному лучепреломлению в кальците, распадается на два луча:
В месте склеивания двух призм происходит полное внутреннее отражение обыкновенного луча от границы раздела кальцит-бальзам, поскольку угол падения для него превышает критический. Этот луч отклоняется в сторону и поглощается стенками корпуса прибора. Необыкновенный луч проходит через границу без преломления, так как его показатель преломления больше, чем у бальзама, и он не подвергается полному отражению.
Таким образом, на выходе призмы Николя остаётся только необыкновенный, линейно поляризованный луч. Он колеблется в одной плоскости, совпадающей с главным сечением призмы.
Конструктивные особенности:
Ограничения:
Это улучшенный аналог призмы Николя, также выполненный из исландского шпата. В отличие от Николя, в призме Глана-Томпсона обе половины не склеиваются, а разделяются воздушным промежутком. Это позволяет устранить использование бальзама и повысить термическую устойчивость устройства.
При входе света он, как и в случае с Николя, разделяется на обыкновенный и необыкновенный лучи. За счёт разности показателей преломления на границе кальцит-воздух происходит полное отражение обыкновенного луча, а необыкновенный проходит без преломления.
Преимущества:
Призма Глана-Фуко — это ещё одна разновидность кальцитового поляризатора с воздушным зазором, но с иной геометрией. Она предназначена для работы при больших углах поля и даёт меньшую степень искажения волнового фронта. Подобно Глану-Томпсону, этот поляризатор отражает обыкновенный луч и пропускает необыкновенный.
Он находит широкое применение в лазерной технике, особенно в системах, где требуется высокая степень поляризации и большая устойчивость к интенсивному излучению.
Поляроид — это тонкий органический материал, обладающий анизотропией поглощения. Он состоит из длинных органических цепочек, ориентированных в одном направлении. Свет, поляризованный вдоль этих цепочек, поглощается, а перпендикулярный проходит почти без потерь.
Такие поляризаторы недороги, просты в изготовлении и используются в повседневной жизни — от фототехники и дисплеев до очков и измерительной аппаратуры.
Преимущества:
Недостатки:
При падении света под определённым углом на границу раздела двух сред (например, воздух-стекло) отражённый свет становится частично или полностью поляризованным. Угол, при котором отражённый и преломлённый лучи перпендикулярны, называется углом Брюстера. В этом случае отражённый свет поляризован перпендикулярно плоскости падения.
Такие свойства используются в:
Эти устройства основаны на различии фаз для волн с разной поляризацией. На многослойных диэлектрических покрытиях при определённой толщине и количестве слоёв можно добиться того, чтобы волны одной поляризации интерферировали разрушительно (гасились), а другой — конструктивно (усиливались). Это позволяет эффективно отделить одну поляризацию от другой.
Их достоинства:
Однако они сложны в изготовлении и дорогие, поэтому применяются главным образом в научной и промышленной аппаратуре.
Используют свойства двулучепреломляющих кристаллов с микро- или наноразмерной периодической структурой. Современные технологии позволяют изготовлять фотонные кристаллы, способные селективно подавлять одну поляризацию света и усиливать другую.
Это направление остаётся областью передовых разработок и находит применение в высокоточной спектроскопии, оптических квантовых вычислениях и других наукоёмких технологиях.
Поляризаторы находят широчайшее применение в самых различных отраслях:
Благодаря многообразию конструкций и принципов действия, поляризаторы позволяют точно управлять светом и обеспечивают высокую эффективность в научных, технических и бытовых приложениях.