Кіріспе
Оптикалық сүзгі құрылғысы, фотографиялық сүзгі. Поляризатор – бұл белгілі бір поляризациядағы жарық толқындарын өткізіп, басқа поляризациядағы жарық толқындарын тоқтатып тұратын оптикалық сүзгі. Ол бұрынғысынан анықталмаған немесе аралас поляризацияланған жарық сәулесін, анық поляризацияланған жарық деп аталатын сәулеге айналдыра алады. Поляризаторлар көптеген оптикалық техникалар мен құралдарда қолданылады. Олар фотосуретке түсіру және сұйық кристалды дисплей (ЖКД) технологиясында қолданылады. Фотосуретке түсіруде поляризациялық сүзгіні жарықтан туындаған шағылыстарды азайту үшін пайдалануға болады. Поляризаторлардың ең көп таралған түрлері – сызықтық және дөңгелек поляризаторлар. Поляризаторларды көрінетін жарықтан өзге, радиотолқындар, микротолқындар және рентген сәулелері сияқты басқа электромагниттік толқындар үшін де жасауға болады.
the photographic filter
A polarizer or polariser is an optical filter that lets light waves of a specific polarization pass through while blocking light waves of other polarizations. It can filter a beam of light of undefined or mixed polarization into a beam of well defined polarization, known as polarized light. Polarizers are used in many optical techniques and instruments. Polarizers find applications in photography and LCD technology. In photography, a polarizing filter can be used to filter out reflections. The common types of polarizers are linear polarizers and circular polarizers. Polarizers can also be made for other types of electromagnetic waves besides visible light, such as radio waves, microwaves, and X rays.
Сызықтық поляризаторлар
Сызықтық поляризаторларды екі негізгі категорияға бөлуге болады: сіңіруші поляризаторлар, онда қажетсіз поляризациялық күйлер құрылғымен сіңіріледі, және сәулені бөлуші поляризаторлар, онда поляризацияланбаған сәуле қарама-қарсы поляризациялық күйлерге ие екі сәулеге бөлінеді. Поляризация осі әртүрлі түсу бұрыштарында да өзгермейтін поляризаторлар көбінесе картезиандық поляризаторлар деп аталады, себебі поляризация векторларын қарапайым картезиандық координаттармен (мысалы, көлденең және тік) сипаттауға болады, бұл поляризатор бетінің бағытына тәуелсіз. Егер екі поляризациялық күй бетке қатысты болса (әдетте Френельдің шағылысуында кездеседі), олар әдетте s және p деп белгіленеді. Картезиандық және s–p поляризациясы арасындағы бұл айырмашылық көп жағдайда маңызды болмаса да, жоғары контрастқа қол жеткізу және түсетін жарықтың кең бұрыштық таралуы үшін маңызды рөл атқарады.
Абсорбциялық поляризаторлар
Кейбір кристалдар, кристалл оптикасы сипаттаған әсерлерге байланысты, дихроизмді – белгілі бір бағытта поляризацияланған жарықты артық сіңіруді көрсетеді. Сондықтан оларды сызықтық поляризатор ретінде қолдануға болады. Осы типтегі ең танымал кристалл – турмалин. Дегенмен, бұл кристалл поляризатор ретінде сирек қолданылады, себебі дихроикалық эффект толқын ұзындығына күшті тәуелді және кристалл түсті болып көрінеді. Герапатит те дихроидты, бірақ қатты түсті емес, алайда ірі кристаллдарда өсіру қиын. Полароид полярландырушы сүзгісі атомдық деңгейде сымдық торлы поляризаторға ұқсас жұмыс істейді. Ол бастапқыда микроскопиялық герапатит кристалдарынан жасалған. Оның қазіргі H пішімі йод қоспасы бар поливинил спиртінен (ПВА) жасалған пластиктен тұрады. Дайындау кезінде пластиктің созылуы ПВА тізбектерін бір бағытта реттеуге мүмкіндік береді. Йод қоспасынан алынған валентті электрондар полимер тізбектері бойымен сызықты қозғалуға қабілетті, бірақ оларға перпендикуляр бағытта емес. Сондықтан тізбектерге параллель поляризацияланған жарық пластинкаға сіңіріледі, ал тізбектерге перпендикуляр поляризацияланған жарық өткізіледі. Полароидтің беріктігі мен қолдануға ыңғайлылығы оны қолданыстағы поляризатордың ең көп таралған түріне айналдырады, мысалы, күн көзілдіріктері, фотофильтрлер және сұйық кристалды дисплейлер үшін. Бұған қоса, ол басқа поляризатор түрлеріне қарағанда әлдеқайда арзан. Заманауи сіңіруші поляризаторлар жұқа (≤0,5 мм) шыны табақшаларға енгізілген созылған күміс нанобөлшектерінен жасалады. Бұл поляризаторлар пластикалық Полароид пленкасына қарағанда жарықты жақсы поляризациялай алады, 100 000:1 поляризация коэффициентіне және дұрыс поляризацияланған жарықты 1,5% дейін сіңіруге жетеді. Мұндай шыны поляризаторлар қысқа толқынды инфрақызыл жарық үшін ең жақсы жұмыс істейді және талшықты-оптикалық байланыста кеңінен қолданылады.
Жарық бөліп шығаратын поляризаторлар
Сәулені бөлуші поляризаторлар түскен сәулені әртүрлі сызықтық поляризацияға ие екі сәулеге бөледі. Идеалды поляризациялық сәуле бөлгіште бұл сәулелер толық поляризацияланған және өзара перпендикуляр поляризацияға ие болады. Дегенмен, көптеген қолданылатын сәуле бөлуші поляризаторларда екі шығыс сәулесінің тек біреуі ғана толық поляризацияланған. Екіншісінде поляризация күйлерінің қоспасы болады. Сіңіруші поляризаторлардан айырмашылығы, сәуле бөлуші поляризаторлар қабылдамаған поляризация күйінің энергиясын сіңіріп, тарату қажеттілігін тудырмайды, сондықтан олар лазер сәулесі сияқты жоғары интенсивті сәулелермен қолдануға ыңғайлы. Шын поляризациялық сәуле бөлгіштер екі поляризациялық компонентті бір уақытта талдау немесе пайдалану қажет болғанда да қолданылады.
Френельдік шағылысу арқылы поляризациялау
Жарық екі мөлдір материал арасындағы интерфейстен бұрышпен (Френельдік шағылысу арқылы) шағылғанда, жарық шағылысу жазықтығында поляризацияланған жарық пен оған перпендикуляр поляризацияланған жарық үшін шағылысу қабілеті әртүрлі болады. Жарық жазықтықта поляризацияланған болса, ол p поляризацияланған, ал оған перпендикуляр поляризацияланған болса, s поляризацияланған деп аталады. Брюстер бұрышы деп аталатын арнайы бұрышта p поляризацияланған жарық беттен шағылыспайды, сондықтан барлық шағылған жарық s поляризацияланған болуы керек, электр өрісі түсу жазықтығына перпендикуляр. Қарапайым сызықтық поляризаторды шыны пластиналардың үймесін Брюстер бұрышында сәулеге еңкейту арқылы жасауға болады. S поляризацияланған жарықтың бір бөлігі әр пластинаның әр бетінен шағылысады. Пластиналар үймесі үшін әрбір шағылыс түсетін сәуледен s поляризацияланған жарықты азайтады, әр кезеңде жіберілген сәуледе p поляризацияланған жарықтың үлкен үлесін қалдырады. Ауадағы және әдеттегі шыныдағы көрінетін жарық үшін Брюстер бұрышы шамамен 57°, ал сәуледегі s поляризацияланған жарықтың шамамен 16% -ы ауадан шыныға немесе шыныдан ауаға өту кезінде шағылысады. Бұл тәсілмен жіберілген сәуленің тіпті орташа поляризациясын алу үшін көптеген пластиналар қажет. 10 пластинадан тұратын (20 шағылыс) үйме үшін, s поляризацияланған жарықтың шамамен 3% (= (1 - 0,16)20) жіберіледі. Шағылған сәуле толық поляризацияланған болса да, ол таралып, аса пайдалы болмауы мүмкін. Поляризацияланған сәулені алу үшін пластиналар үймесін түсетін сәулеге қатысты тік бұрышпен еңкейтуге болады. Күтпегендей, Брюстер бұрышынан үлкен түсу бұрыштарын пайдалану жіберілген сәуленің поляризациясының жоғары дәрежесін қамтамасыз етеді, бірақ жалпы жіберу төмендейді. 80°-тан жоғары түсу бұрыштары үшін төрт пластинамен жіберілген сәуленің поляризациясы 100%-ға жуық болуы мүмкін, бірақ бұл жағдайда жіберілген интенсивтілік өте төмен. Көбірек пластиналар қосу арқылы және бұрышты азайту арқылы жіберу мен поляризация арасында жақсы компромисске қол жеткізуге болады. Поляризациялық векторлары түсу бұрышына байланысты болғандықтан, Френельдік шағылысуға негізделген поляризаторлар кейбір қолданбаларда оларды пайдалануды шектейтін s–p поляризациясын, емес декартиялық поляризациясын тудыруға бейім.
Қос бұрғышты поляризаторлар
Басқа сызықтық поляризаторлар кварц және кальцит сияқты кристалдардың екі сыну қасиеттерін пайдаланады. Бұл кристалдарда олардың бетіне түскен поляризацияланбаған жарық сәулесі сыну арқылы екі сәулеге бөлінеді. Снелл заңы осы екі сәуле үшін де, қалыпты немесе o сәулесі және ерекше немесе e сәулесі үшін де қолданылады, әр сәуле әртүрлі сыну көрсеткішін (бұл қос сыну деп аталады) бастан кешіреді. Жалпы, екі сәуле әртүрлі поляризациялық күйде болады, бірақ кристалл осіне қатысты белгілі бір таралу бағыттарынан басқа, сызықтық поляризациялық күйде болмайды. Николь призмасы – Канада бальзамымен бөлініп, қайта қосылған кальцит кристаллынан тұратын екі сынушы поляризатордың алғашқы түрі. Кристалл о және e сәулелері ортогональды сызықтық поляризациялық күйде болады. o сәулесі балсамдағыға қарағанда кальциттегі сыну көрсеткіші үлкен болғандықтан, балсам интерфейсінде толық ішкі шағылысқа ұшырайды және сәуле кристалдың жағына бұрылады. Кальциттегі кіші сыну көрсеткіші бар e сәулесі интерфейс арқылы бұрылыссыз өтеді. Николь призмалары поляризацияланған жарықтың өте жоғары тазалығын қамтамасыз етеді және микроскопияда кеңінен қолданылды, бірақ қазіргі уақытта олар көбінесе Глан-Томпсон призмасы, Глан-Фуко призмасы және Глан-Тейлор призмасы сияқты баламалармен алмастырылды. Бұл призмалар толық поляризацияланған сәуле бөлгіштер емес, себебі тек жіберілген сәуле ғана толық поляризацияланған. Волластон призмасы – екі үшбұрышты кальцит призмасынан тұратын, бір-біріне цементтелген және ортогональды кристалл осьтері бар тағы бір екі сынушы поляризатор. Ішкі интерфейсте поляризацияланбаған сәуле 15°–45° дивергенция бұрышымен призмадан шығатын екі сызықтық поляризацияланған сәулеге бөлінеді. Рошон және Сенармонт призмалары ұқсас, бірақ екі призмада әртүрлі оптикалық ось бағыттары қолданылады. Сенармонт призмасы Волластон және Рошон призмаларынан айырмашылығы, ауамен бөлінген. Бұл призмалар сәулені перпендикуляр поляризацияланған екі толық поляризацияланған сәулеге бөледі. Номарски призмасы – дифференциалдық интерференциялық контраст микроскопиясында кеңінен қолданылатын Волластон призмасының түрі.
Ұсақ қабатты поляризаторлар
Жұқа пленкалы сызықтық поляризаторлар (TFPN деп те аталады) – арнайы оптикалық жабын жағылған шыны негіздер. Брюстер бұрышындағы шағылысу немесе пленкадағы интерференция эффектілері оларды сәулені бөлуші поляризаторлар ретінде жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Пленканың негізі белгілі бір бұрышта сәулеге енгізілген пластина немесе екінші клинге біріктірілген шыны клин болуы мүмкін, осылайша пленка ортасынан диагональды түрде кесілген куб құрылады (осы түрінің кең таралғаны – МакНейл кубі). Жұқа пленкалы поляризаторлар, әдетте, Глан типті поляризаторлармен салыстырғанда нашар жұмыс істейді, бірақ олар арзан және шамамен бірдей жақсы поляризацияланған екі сәулені қамтамасыз етеді. Куб тәрізді поляризаторлар пластина тәрізді поляризаторлардан жақсы жұмыс істейді. Алғашқылары Глан типті қос сызықты поляризаторлармен шатастырылуы мүмкін.
Қондырғылар
Ең қарапайым сызықтық поляризаторлардың бірі – сымдық торлы поляризатор (WGP), ол бір жазықтықта орналасқан көптеген жіңішке параллель металл сымдардан тұрады. WGP көбінесе өтпейтін поляризацияны шағылыстырады және осылайша поляризациялық сәуле бөлуші ретінде қолданылуы мүмкін. Паразиттік сіңіру көптеген диэлектрлік поляризаторлармен салыстырғанда жоғарырақ, бірақ сіңіруші поляризаторларға қарағанда әлдеқайда төмен. Электр өрісінің сымдарға параллель бағытталған бөлігіне ие электромагниттік толқындар сымдардың бойымен электрондардың қозғалысын тудырады. Электрондар осы бағытта еркін қозғала алатындықтан, поляризатор жарықты шағылыстырғанда металл беті сияқты әрекет етеді, ал толқын түскен сәуле бойымен кері шағылысады (сымның джоульдік қыздыруына аз мөлшерде энергия жұмсалады). Электр өрісі сымдарға перпендикуляр болатын толқындар үшін электрондар әрбір сымның ені бойынша көп қашыққа жылжуға мүмкін емес. Сондықтан, аздаған энергия ғана шағылысады және түскен толқын тор арқылы өте алады. Бұл жағдайда тор диэлектрлік материал сияқты әрекет етеді. Қорытындылай келгенде, бұл жіберілген толқынның электр өрісі сымдарға толығымен перпендикуляр болатын сызықтық поляризацияланған толқынға айналуына себеп болады. Толқындар сымдар арасындағы кеңістіктер арқылы "сығып өтеді" деген гипотеза дұрыс емес.
Дөңгелек полярландырушылар
Дөңгелек поляризаторлар (CPL немесе дөңгелек поляризациялаушы сүзгілер) дөңгелек поляризацияланған жарық жасауға немесе сағат тілі бойынша және сағат тіліне қарсы дөңгелек поляризацияланған жарықты таңдап сіңіруге не өткізуге қолданылады. Олар фотосуретте металл емес беттерден туындайтын көлденең шағылыстарды азайту үшін поляризациялық сүзгілер ретінде пайдаланылады, сондай-ақ кейбір стереоскопиялық фильмдерді (әсіресе RealD 3D форматындағыларын) көруге арналған 3D көзілдіріктерінің линзалары болып табылады, онда жарықтың поляризациясы сол және оң көзге қандай суретті көрсету керектігін анықтау үшін қолданылады.
Дөңгелектік поляризацияланған жарық жасау
[[Файл:Дөңгелек.Поляризация.Дөңгелек.Поляризацияланған.Жарық.Дөңгелек.Поляризатор.Құру.Сол.Беткейлік.Бұрылыс.Көрініс.svg|thumb|660px|center|alt=Сурет мақалада жақсы сипатталған| Дөңгелек поляризатор сол беткейлік дөңгелек поляризацияланған жарық шығарады. Ол қабылдағыштан қарағанда сол, ал көзден қарағанда оң жақты деп есептеледі. Оң жақты, сағат тілі бойынша дөңгелек поляризацияланған жарық жасау үшін жарты толқындық пластинаның осьін сызықтық поляризаторға қатысты 90° бұру керек. Бұл толқындық пластинаның жылдам және баяу осьтерін сызықтық поляризатордың берілу осіне қатысты кері ауыстырады, соның салдарынан қай компонент алдында, қайсысы артта қалады деген мәселені өзгертеді. Жарты толқындық пластинаның сызықтық поляризацияланған жарықты қалай өзгертетінін түсіну үшін, талқыланған екі компоненттің өздері емес, жай ғана адамға не болып жатқанын түсінуге көмектесетін ойша құрылымдар екенін түсіну маңызды. Сызықтық және дөңгелек поляризацияланған жарық жағдайында кеңістіктегі әрбір нүктеде әрқашан нақты векторлық бағыты бар бір электр өрісі болады, ал жарты толқындық пластина тек осы бір электр өрісін өзгертуге әсер етеді.
Дөңгелек түрдегі поляризацияланған жарықты сіңіріп, өткізеді
Дөңгелек поляризаторларды оң және сол жақтан дөңгелек поляризацияланған жарықты таңдап сіңіруге немесе өткізуге де болады. Осы мүмкіндікті RealD Cinema сияқты стереоскопиялық кинотеатрлардағы 3D көзілдіріктері пайдаланады. Екі поляризацияның бірін жасайтын поляризатор, сол жарық осы поляризацияда болса, оны өткізеді, ал сол жарық басқа бағытта жіберілгенде де өткізеді. Керісінше, ол қарсы поляризацияланған жарықты тоқтатады. [[Файл:Circular. Polarization. Circularly. Polarized. Light Circular. Polarizer Passing. Left. Handed. Helix. View. svg|thumb|660px|center|Дөңгелек поляризатор сол жақтан, сағат тіліне қарсы бағытта дөңгелек поляризацияланған жарықты өткізеді. (Қабылдағыштан қарағанда сол қолды). Атап айтқанда, бұрын сипатталған дөңгелек поляризаторды аламыз, ол дөңгелек поляризацияланған жарықты сызықтық поляризацияланған жарыққа айналдырады, және оған біріншісіне қатысты 90° бұрылған екінші тоқсандық толқын пластинасын қосамыз. Жалпы айтқанда, жоғарыдағы суретке тікелей сілтеме жасамай, дөңгелек поляризацияланған жарықтың екі поляризациясының бірі бірінші тоқсандық толқын пластинасына кіргенде, ортогональды компоненттердің бірі екіншісіне қатысты толқын ұзындығының төрттен біріне қалыптасады. Бұл дөңгелек поляризацияланған жарықтың қолдылығына байланысты екі сызықтық поляризацияның бірін жасайды. Тоқсандық толқын пластиналарының арасына орналасқан сызықтық поляризатор, бір сызықтық поляризацияны өткізеді және екіншісін тоқтататындай етіп бағытталған. Екінші тоқсандық толқын пластинасы өткен сызықтық поляризацияланған жарықты қабылдап, алдыңғы тоқсандық толқын пластинасы қалыптасқан ортогональды компонентті қалыптастырады. Бұл екі компонентті бастапқы фазалық қатынасқа қайтарады, таңдалған дөңгелек поляризацияны қалпына келтіреді. Ескеріңіз, дөңгелек поляризацияланған жарық қандай бағытта өтсе де маңызды емес.
Фотографиялық шеңберлік және сызықтық поляризациялық сүзгілер
Сызықтық поляризациялық сүзгілер фотосуретке алғаш рет қолданылған және бүгінге дейін рефлекссіз және ескі бір линзалы рефлекстік камераларда (SLR) қолданылуда. Дегенмен, линза арқылы өлшеу (TTL) және автофокус жүйесіне ие камералар – яғни, барлық заманауи SLR және DSLR – сызықтық поляризацияланған жарықты өткізетін оптикалық элементтерге сүйенеді. Егер жарық камераға сызықтық поляризацияланған күйде енсе, бұл экспозицияны немесе автофокус жүйесін қате жұмыс ілетуіне әкелуі мүмкін. Айналма поляризациялық сүзгілер сызықтық поляризацияланған жарықты жояды, сондықтан оларды аспанды қараңғылату, түс қанықтығын арттыру және жарықтан туындаған көріністерді кетіру үшін пайдалануға болады, бірақ олар өткізетін айналма поляризацияланған жарық линза арқылы өлшеу жүйесіне кедерес келтірмейді.