webdonsk.ruЧетвертьволновая пластина как сделать
Добавил пользователь Дмитрий К. Обновлено: 05.09.2024
Волновая пластина сдвигает фазу между двумя перпендикулярными поляризационными компонентами падающего света. Четвертьволновая пластина обеспечивает фазовый сдвиг в четверть длины волны и меняет линейную поляризацию на круговую и наоборот. Полуволновая пластина создает фазовый сдвиг в половину длины волны и вращает направление поляризации линейно поляризованного света. Станда предлагает различные волновые пластины нулевого порядка с воздушным промежутком в оправах с различной чистой апертурой для различных длин волн. Волновые пластины других типов и размеров поставляются на заказ.
Вернемся к описанной ранее двухъярусной оправке с двумя поляризаторами. Возьмем четвертьволновую фазовую пластинку и положим ее на поверхность нижнего поляризатора так, чтобы оптическая ось пластинки была параллельна или перпендикулярна оси пропускания поляризатора [1] . В этом случае пластинка никак не влияет на форму поляризации прошедшего через нее света. Следовательно, при вращении анализатора (так мы будем далее называть верхний поляризатор) происходит периодическое затемнение изображения поверхности нижнего поляризатора вместе с пластинкой.
Аккуратно развернем пластинку так, чтобы ее оптическая ось составляла угол 45° с осью пропускания нижнего поляризатора, и снова начнем вращать анализатор. В этом случае свет, прошедший через пластинку, уже не гасится при скрещенном положении поляризатора и анализатора. Пластинка хорошо видна в виде светлого квадрата на темном фоне. При повороте анализатора на 90° фазовая пластинка, наоборот, выглядит как темный квадрат на светлом фоне (рис. 8.62, а): полуволновая пластинка находится слева, а четвертьволновая — справа.
Возникает вопрос: изменяется ли интенсивность света, прошедшего через пластинку, при вращении анализатора? Чтобы убедиться в том, что изменение интенсивности не происходит, необходимо с помощью специального экрана (картонный круг диаметром 8 см с вырезанным в середине квадратом, имеющим те же размеры, что и фазовая пластинка) перекрыть свет, прошедший рядом с пластинкой. Тогда при точной ориентации оптической оси пластинки относительно оси пропускания поляризатора интенсивность изображения пластинки практически не изменяется при вращении анализатора. Если все-таки интенсивность незначительно меняется, можно прямо в процессе демонстрации произвести дополнительную юстировку взаимного расположения пластинки относительно нижнего поляризатора.
Таким образом, добившись независимости интенсивности света, прошедшего сквозь пластинку, от угла поворота анализатора,
Рис. 8.62. Фазовые пластинки между двумя поляризаторами
убеждаемся, что на выходе из пластинки свет имеет круговую (циркулярную) поляризацию. А это значит, что пластинка является четвертьволновой.
Уберем вспомогательный экран и положим на четвертьволновую фазовую пластинку сверху точно такую же пластинку. Эта пара пластинок, очевидно, действует как фазовая пластинка удвоенной толщины, т. е. полуволновая фазовая пластинка. Вращая анализатор, убеждаемся, что теперь интенсивность света, прошедшего эту пару пластинок, минимальна, когда интенсивность фона максимальна, и наоборот. Значит, поляризация света, прошедшего две четвертьволновые пластинки, ортогональна поляризации света, прошедшего поляризатор, минуя пластинки. Именно такое действие оказывает на линейную поляризацию ориентированная под углом 45° полуволновая фазовая пластинка [2] .
Можно развернуть верхнюю фазовую пластинку на 90° относительно нижней, и тогда полученная комбинация не будет оказывать никакого влияния на форму поляризации прошедшего через нее света, независимо от ориентации всей пары относительно оси пропускания нижнего поляризатора. Вращая анализатор, убеждаемся в этом, наблюдая, как свет, прошедший пластинки, ведет себя так же, как и фон.
Фазовые пластины создают определенную разность хода между ортогонально поляризованными компонентами излучения и служат для преобразования состояния поляризации. Фазовые пластины (ФП) вырезают из одноосных двулучепреломляющих кристаллов параллельно оптической оси. Схематически ФП представлены на Рис.1 a, б.
Рис. 1 а. Хроматическая ФП из монопластины
Рис. 1 б. Составная ФП нулевого порядка
N(l) – безразмерная волновая разность хода ВРХ (задержка)
Целочисленную часть N(l) (количество интерференционных порядков) называют порядком ФП, дробная часть N(l) отвечает за механизм действия фазовых пластин. Полуволновые ФП c ВРХ (k+1/2) изменяют азимут электрического вектора в линейно поляризованном излучении или направление его вращения в циркулярно-поляризованном излучении. Четвертьволновые пластины с ВРХ (k+1/4) либо (k+3/4) превращают линейно поляризованное излучение в циркулярно-поляризованное или при определенной ориентации любое эллиптически поляризованное в линейное. Величина отклонения дробной части задержки от требуемой характеризует точность фазовой пластины. Она определяется либо в долях волнового периода (l/100, l/300, l/500 и т.д.) либо в процентах по отношению к нужной величине дробной части. Первое определение взято из обычной интерферометрии, оно более традиционно, второе более корректно и удобно при практическом использовании.
Точность ФП определяется точностью изготовления ее толщины и точностью измерительного контроля. Обычно толщина ФП доводится до нужной величины постепенно при постоянном измерении задержки – в этом случае определяющей становится точность измерительного контроля. Многочисленные методы измерения задержки фазовых пластин подразделяются на две группы:
1) Методы, в которых используются обычные некогерентные источники излучения. Установление и изменение длины волны осуществляется спектральными приборами – монохроматорами, фильтрами и т.д.
2) П рименяются источники света с высокой когерентностью (лазеры), длина волны которых фиксирована и известна с большой точностью.
Такое разделение не общепринято в литературе по ФП, но мы считаем его наиболее общим и продуктивным. Оно позволяет с единых позиций рассмотреть вопрос о связи точности измерений задержки с порядком ФП, ее рабочей длиной волны, ошибками эксперимента. Дело в том, что эти две группы методов имеют два разных источника появления основной ошибки при определении точности ФП. В первой группе основная ошибка при измерениях обусловлена неточностью в определении длины волны зондирующего излучения. Во второй группе главные ошибки обусловлены интерференцией многократных пере- отражений световых пучков от входной и выходной граней внутри фазовой пластины (см. следующий раздел).
Оценим влияние величины порядка ФП и точности в определении длины волны при абсолютно точном измерении фазовой задержки (ВРХ). На имеющейся у нас аппаратуре мы можем устанавливать и измерять длину волны с гарантированной точностью 0,0001 мкм. Исходя из этой величины можно рассчитать минимальные длины волн, начиная с которых мы можем проводить измерительный контроль фазовых пластин с заданной точностью: не менее l/100, l/300, l/500. Данные сведены в Таблицу 1.
Данные Таблицы 1 соответствуют фазовым пластинам из кристаллического кварца. Для ФП из других материалов результаты будут очень близки к приведенным в Таблице1. Небольшие различия могут определяться только различиями в первых производных дисперсии двупреломления материалов.
Приведенные в Таблице 1 величины не зависят от конкретного метода измерения волновых задержек. Для измерения ФП с большей чем в Табл.1 точностью следует сначала повысить точность установления и определения рабочей длины волны – только потом можно обсуждать точности методик.
Фазовая пластина – это элемент, расщепляющий монохроматически поляризованный пучок света на две компоненты (при этом интенсивность и степень поляризации остаётся на прежнем уровне). Далее, он смещает фазу одной компоненты относительно другой, чтобы потом вновь соединить их в отдельный пучок.
При помощи фазовых пластин изменяется форма поляризации. Коэффициент полезного действия при преобразовании одной формы поляризации в другую составляет 100%: интенсивность светового потока не снижается, а энтропия не возрастает. Сочетание фазовой пластины и линейного поляризатора позволяет получить свет, поляризованный эллиптически и циркулярно.
Ахроматическая фазовая пластина обеспечивает одинаковый сдвиг фазы для света различных длин волн. Она состоит из нескольких компонентов – пластинок, изготовленных из материалов, обладающих различными показателями двулучепреломления. Исходя из этого, толщины компонентов и ориентация оптических осей рассчитываются так, чтобы разность хода волн в сформированной этими элементами пластине незначительно изменялась в определенном диапазоне спектра.
Хроматические фазовые пластины рассчитаны для использования при конкретной длине волны и различаются порядком (нулевым либо множественным). Кроме того, они подразделяются на полуволновые и четвертьволновые.
Четвертьволновой фазовой пластиной называется пластина, создающая между обыкновенным и необыкновенным лучами разность хода в четверть длины волны (или разность фаз l/2). Используя четвертьволновую фазовую пластину и линейный анализатор, можно различить эллиптически поляризованный и частично поляризованный свет, а также неполяризованный и поляризованный по кругу.
Полуволновой фазовой пластиной называется пластина анизотропного вещества, вводящая между обыкновенным и необыкновенным лучами разность хода, равную половине длине волны. Пластина в полволны сдвигает фазу одного колебания относительно фазы другого колебания на 180 °. В поляризационных приборах для поворота плоскости колебаний поляризованного света часто используют полуволновые фазовые пластины.
Фазовые пластины нулевого порядка мы делаем из двух пластинок высококачественного кристаллического кварца. При этом необходимо как можно точнее рассчитать толщины составных элементов и реализовать эту точность при изготовлении. Полученные элементы склеиваются между собой, причём их оптические оси должны проходить строго перпендикулярно друг другу. При работе на высокой мощности становится актуальным соединение пластин с помощью специальной оправы, с выполнением воздушного промежутка между ними.
Подобные пластины имеют два преимущества перед пластинами множественного порядка. Во-первых, фазовые пластины нулевого порядка сохраняют разность фаз при изменении температуры внешней среды. Во-вторых, разность фаз у них не так сильно зависит от конкретной длины волны и хорошо сохраняется даже при отклонении длины волны (в разумных пределах).
Фазовые пластины множественного порядка представляют собой одиночные пластины из кристаллического кварца. Соблюдение рассчитанной толщины является основополагающей характеристикой их качества и выполняется прецизионной доводкой.
Сложение колебаний световых волн. В классической волновой оптике рассматриваются среды, линейные по своим оптическим св-вам, т.е такие, диэлектрическая и магнитная проницаемость которых н.з. от интенсивности света. Поэтому в волновой оптике справедлив принцип суперпозиции волн. Явления, наблюдающиеся при распространении света в оптически нелинейных средах, исследуются в нелинейной оптике. Нелинейные оптические эффекты становятся существенными при очень больших интенсивностях света, излучаемого мощными лазерами. Пусть две волны одинаковой частоты, накладываясь друг на друга, возбуждают в некоторой точке пространства колебания одинакового направления:
. Амплитуда результирующего колебания в данной точке будет: где
. Если разность фаз
возбуждаемых волнами колебаний остается постоянной во времени, то волны наз-ся когерентными
Волновые и полуволновые пластинки.
Рассмотрим крист пластинку, вырезанную параллельно оптической оси. При падении на такую пластинку плоскополяризованного света, обыкновенный и необыкновенный лучи оказываются некогерентными (т.к. колебания каждого цуга разделяются между обыкновенным и необыкновенным лучами в одинаковой пропорции (зависящей от ориентации оптической оси пластинки относительно пл-ти колебаний в падающем луче)). На входе в пласт-ку. разность фаз этих лучей равна 0, на выходе из нее
-
показатели преломления обыкновенного и необыкновенного лучей (n=c/V). Вырезанная для параллельной оси пластинка, для которой
называется пластинкой в четверть волны. При прохождении через такую пластинку обыкновенный и необыкновенный лучи приобретают разность фаз, равную p/2 (разность фаз определяется с точностью до 2pm). Пластинка, для которой
, называется пластинкой в полволны.
3. Атомные спектры. Сериальные ф-лы.
Исследования спектров излучения разреженных газов (т.е. спектров излучения отдельных атомов) показали, что каждому газу присущ вполне определенный линейчатый спектр, состоящий из отдельных спектральных линий или групп близко расположенных линий. Самым изученным явл-ся спектр наиболее простого атома – атома водорода. Бальмер (1825-1898) подобрал эмпирическую ф-лу описывающую все известные в то время спектральные линии атома водорода и
видимой области спектра:
= 3, 4, …) где - постоянная
Ридберга. Так как , то ф-ла может быть
переписана для частот: , (n = 3,
4, …), где - так же
постоянная Ридберга. Из полученных выражений вытекает, что спектральные линии отличающиеся различными значениями n, образуют группу или серию линий, называемую серией Бальмера. С увеличением n линии серии сближаются; значение n = ? определяет границу серии, к которой со стороны больших частот примыкает сплошной спектр. В дальнейшем в спектре атома водорода было обнаружено еще несколько серий. В ультрафиолетовой области спектра находится серия Лаймана: , (n =2, 3, 4, …). В инфракрасной области были обнаружены: серия Пашена: (n= 4, 5, 6, …), серия Прэкета: (n= 5, 6, 7, …), серия Пфунда: , (n= 6, 7, 8, …), серия Хэмфи:, (n 7, 8, 9, …).
Все приведенные выше серии в спектре атома водорода могут быть описаны одной ф-лой, называемой обобщенной ф-лой Бальмера:
, где m – имеет в каждой данной серии постоянное значение, m = 1, 2, 3, 4, 5, 6 (определяет серию), n – принимает целочисленные значения, начиная с m+1 (определяет отдельные линии этой серии).
. Опыт Резерфорда. В развитии представлений о строении атома велико значение опытов Резерфорда по рассеянию a-частиц в в-ве. Альфа частицы возникают при радиоактивных превращениях; они являются положительными заряженными частицами с зарядом 2е и массой, примерно в 7300 раз большей массы эл-трона. Пучки a-частиц обладают высокой монохроматичностью (для данного превращения имеют практически одну и ту же скорость
(порядка 107 м/с)). Резерфорд, исследуя прохождение a-частиц в в-ве (через золотую фольгу толщиной примерно 1 мкм), показал, что основная их часть испытывает незначительные отклонения, но некоторые a-частицы (примерно одна из 20000) резко отклоняются от первоначального направления (углы отклонения
достигали даже1800 ). Т.к. электроны не могут существенно изменить движение столь тяжелых и быстрых частиц, как a-частицы, то Резерфордом был сделан вывод, что значительное отклонение a-частиц обусловлено их взаимодействием с положительным зарядом большой массы. Однако значительное отклонение испытывают лишь немногие a-частицы; следовательно, лишь некоторые из них проходят вблизи данного положительного заряда. Это, в свою очередь означает, что положительный заряд атома сосредоточен в объеме, очень малом по сравнению с объемом атома. На основании своих опытов Резерфорд предложил ядерную модель атома. Согласно этой модели, вокруг положи тельного ядра, имеющего заряд Ze (Z – порядковый номер эл-та в системе Менделеева, е
-- элементарный заряд), размер 10-15 -10-14 м и массу , практически равную массе атома, в
области с линейными размерами порядка 10-10 м по замкнутым орбитам движутся электроны, образую электронную оболочку атома. Так атомы нейтральны, то заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т.е. вокруг ядра должно вращаться Z электронов.
Читайте также: