Жарық сәулесін бөлетін оптикалық құрылғы – сәуле бөлігіш. Интерферометрлерде, телекоммуникацияда қолданылады. Призмалардан жасалған, жарықты бөліп жібереді.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жарық сәулесін екіге бөлетін оптикалық құрылғы
Optical device which splits a beam of light in two
Сәуле бөлігіш – жарық сәулесін өткізілген және шағылысқан сәулелерге бөлетін оптикалық құрылғы. Ол интерферометрлер сияқты көптеген оптикалық тәжірибелік және өлшеу жүйелерінің маңызды бөлігі болып табылады, сондай-ақ оптикалық талшықты байланыс саласында кеңінен қолданылады.
A beam splitter or beamsplitter is an optical device that splits a beam of light into a transmitted and a reflected beam. It is a crucial part of many optical experimental and measurement systems, such as interferometers, also finding widespread application in fibre optic telecommunications.
Үлгілер
Оның ең көп таралған түрі – текше, сәуле бөлуші екі үшбұрышты шыны призмадан жасалады, олар полиэстер, эпоксид немесе уретан негізіндегі желімдерді қолдана отырып, негіздерінде біріктіріледі. (Осы синтетикалық шайырлардан бұрын табиғи шайырлар пайдаланылды, мысалы, Канада бальзамы.) Шайыр қабатының қалыңдығы белгілі бір толқын ұзындығы үшін жарық сәулесінің жартысын бір "порттан" (яғни, текше бетінен) шағылыстырып, екінші жартысын FTIR (фрустрацияланған толық ішкі шағылыс) арқылы өткізеді. Поляризациялық сәуле бөлуші, мысалы, Волластон призмасы, жарықты ортогоналды поляризациялық күйдегі екі сәулеге бөлу үшін екіқырлы материалдарды қолданады. Тағы бір конструкция – жартылай күміспен қапталған айна. Ол оптикалық негізден тұрады, көбінесе шыны немесе пластик табақ, және жартылай мөлдір металл қабатынан тұрады. Жұқа қабат физикалық булану әдісі арқылы алюминий буынан жиналған алюминий болуы мүмкін. Қабаттың қалыңдығы 45 градус бұрышта түсетін жарықтың бөлігін (әдетте жартысын) өткізеді, ал қалғаны шағылысады. Фотографияда қолданылатын өте жұқа жартылай күміспен қапталған айна пелликула айна деп аталады. Шағылыстыру қабатындағы сіңіруден жарық жоғалуын азайту үшін «швейцар сыры» сәуле бөлуші айналар қолданылды. Бастапқыда бұл өте жылтыратылған металл табақтар болды, олар қажетті шағылысу және беру арақатынасын алу үшін тесіктермен тесілген. Кейін металл шыныға шашыратылып, үздіксіз қаптама жасалды немесе химиялық немесе механикалық әрекеттер арқылы үздіксіз қаптаманың шағын бөліктері алынып тасталды, нәтижесінде сөзбе-сөз «жартылай күмістелген» бет пайда болды. Металл қаптаманың орнына дихроикалық оптикалық қаптама қолданылуы мүмкін. Оның сипаттамаларына байланысты, шағылысу мен беру арақатынасы түскен жарықтың толқын ұзындығына байланысты өзгереді. Дихроикалық айналар кейбір эллипсоидты рефлекторлы шамдардағы қажетсіз инфрақызыл (жылу) сәулесін бөлу үшін және лазер құрастырудағы шығыс байланыстырғыштар ретінде қолданылады. Сәуле бөлушінің үшінші түрі – дихроикалық айналысқан призма құралы, ол кіретін жарық сәулесін спектрлік жағынан ерекшеленетін шығатын сәулелерге бөлу үшін дихроикалық оптикалық қаптамаларды қолданады. Мұндай құрылғы үш түтік түсті теледидар камераларында және үш жолақты Technicolor кинокамерасында қолданылды. Қазіргі уақытта ол үш CCD камераларында қолданылады. Оптикалық тұрғыдан ұқсас жүйе үш LCD проекторында сәуле біріктіргіш ретінде кері пайдаланылады, онда үш жеке монохромды LCD дисплейлерінен шыққан жарық проекция үшін бір түсті бейнеге біріктіріледі. PON желілері үшін бір режимді талшықты сәуле бөлушілер сәулені бөлу үшін бір режимді мінез-құлықты қолданады. Бөлгіш екі талшықты «бірге» Х пішімінде физикалық тігіп жасалады. Бір линза және бір экспозициямен стереоскопиялық суреттер жұбын түсіру үшін камераға қосылатын айналар немесе призмалар кейде «сәуле бөлушілер» деп аталады, бірақ бұл дұрыс емес, өйткені олар жарық сәулелерін қайта бағыттайтын перископтардың жұбы болып табылады. Стереоскопиялық фотосуретке арналған кейбір сирек кездесетін қосымшаларда айналар немесе сәуле бөлушілерге ұқсас призма блоктары кері функцияны орындайды, түстер сүзгілері арқылы нысанның екі түрлі көзқарастан алынған көріністерін біріктіріп, анаглифтік 3D суретін тікелей жасауға немесе жылдам ауыспалы жалюзилер арқылы ретті 3D бейнеге жазуға мүмкіндік береді.
In its most common form, a cube, a beam splitter is made from two triangular glass prisms which are glued together at their base using polyester, epoxy, or urethane based adhesives. (Before these synthetic resins, natural ones were used, e. g. Canada balsam.) The thickness of the resin layer is adjusted such that (for a certain wavelength) half of the light incident through one "port" (i. e., face of the cube) is reflected and the other half is transmitted due to FTIR (frustrated total internal reflection). Polarizing beam splitters, such as the Wollaston prism, use birefringent materials to split light into two beams of orthogonal polarization states. Another design is the use of a half silvered mirror. This is composed of an optical substrate, which is often a sheet of glass or plastic, with a partially transparent thin coating of metal. The thin coating can be aluminium deposited from aluminium vapor using a physical vapor deposition method. The thickness of the deposit is controlled so that part (typically half) of the light, which is incident at a 45 degree angle and not absorbed by the coating or substrate material, is transmitted and the remainder is reflected. A very thin half silvered mirror used in photography is often called a pellicle mirror. To reduce loss of light due to absorption by the reflective coating, so called "Swiss cheese" beam splitter mirrors have been used. Originally, these were sheets of highly polished metal perforated with holes to obtain the desired ratio of reflection to transmission. Later, metal was sputtered onto glass so as to form a discontinuous coating, or small areas of a continuous coating were removed by chemical or mechanical action to produce a very literally "half silvered" surface. Instead of a metallic coating, a dichroic optical coating may be used. Depending on its characteristics, the ratio of reflection to transmission will vary as a function of the wavelength of the incident light. Dichroic mirrors are used in some ellipsoidal reflector spotlights to split off unwanted infrared (heat) radiation, and as output couplers in laser construction. A third version of the beam splitter is a dichroic mirrored prism assembly which uses dichroic optical coatings to divide an incoming light beam into a number of spectrally distinct output beams. Such a device was used in three pickup tube color television cameras and the three strip Technicolor movie camera. It is currently used in modern three CCD cameras. An optically similar system is used in reverse as a beam combiner in three LCD projectors, in which light from three separate monochrome LCD displays is combined into a single full color image for projection. Beam splitters with single mode fiber for PON networks use the single mode behavior to split the beam. The splitter is done by physically splicing two fibers "together" as an X. Arrangements of mirrors or prisms used as camera attachments to photograph stereoscopic image pairs with one lens and one exposure are sometimes called "beam splitters", but that is a misnomer, as they are effectively a pair of periscopes redirecting rays of light which are already non coincident. In some very uncommon attachments for stereoscopic photography, mirrors or prism blocks similar to beam splitters perform the opposite function, superimposing views of the subject from two different perspectives through color filters to allow the direct production of an anaglyph 3D image, or through rapidly alternating shutters to record sequential field 3D video.
Фазалық ауысу
Жарық бөлгіштер кейде жарық сәулелерін қайта біріктіру үшін қолданылады, мысалы, Мах-Цендер интерферометрінде. Бұл жағдайда екі кіріс сәуле және потенциалды екі шығыс сәуле болады. Бірақ екі шығыс сәуленің амплитудасы – әрбір кіріс сәуледен есептелген (кешенді) амплитудалардың қосындысы, және екі шығыс сәуленің біреуінің амплитудасы нөлге тең болуы мүмкін. Энергия сақталуы үшін (келесі бөлімді қараңыз), кем дегенде бір шығыс сәуледе фазалық ығысу болуы керек. Мысалы (оң жақтағы суреттегі қызыл жебелерді қараңыз), егер ауадағы поляризацияланған жарық толқыны шыны сияқты диэлектрик бетке түсетін болса және жарық толқынының электр өрісі бет жазықтығында орналасса, онда шағылысқан толқынның фазалық ығысуы π-ға тең болады, ал өткізілген толқынның фазалық ығысуы болмайды; көк жебе фазалық ығысуды қабылдамайды, себебі ол төменгі сындыру көрсеткішіне ие ортадан шағылысады. Бұл мінез-құлық Френель теңдеулерімен анықталады. Бұл өткізгіш (металл) жабындардың ішінара шағылысуына қатысты емес, онда барлық жолдарда (шағылысқан және өткізілген) басқа фазалық ығысулар пайда болады. Қандай жағдайда болса да, фазалық ығысулардың егжей-тегжейі сәуле бөлгіштің түрі мен геометриясына байланысты.
Beam splitters are sometimes used to recombine beams of light, as in a Mach–Zehnder interferometer. In this case there are two incoming beams, and potentially two outgoing beams. But the amplitudes of the two outgoing beams are the sums of the (complex) amplitudes calculated from each of the incoming beams, and it may result that one of the two outgoing beams has amplitude zero. In order for energy to be conserved (see next section), there must be a phase shift in at least one of the outgoing beams. For example (see red arrows in picture on the right), if a polarized light wave in air hits a dielectric surface such as glass, and the electric field of the light wave is in the plane of the surface, then the reflected wave will have a phase shift of π, while the transmitted wave will not have a phase shift; the blue arrow does not pick up a phase shift, because it is reflected from a medium with a lower refractive index. The behavior is dictated by the Fresnel equations. This does not apply to partial reflection by conductive (metallic) coatings, where other phase shifts occur in all paths (reflected and transmitted). In any case, the details of the phase shifts depend on the type and geometry of the beam splitter.