Волновые пластинки и их применение в оптике и минералогии
Waveplate
Волновые пластинки: изменение поляризации света. Типы (полуволновая, четвертьволновая), принцип действия, материалы (кварц, слюда). Оптические приборы.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Устройство оптической поляризации
Optical polarization device
Волновая пластина или ретадер – это оптическое устройство, которое изменяет состояние поляризации световой волны, проходящей через него. Два распространенных типа волновых пластин – это полуволновая пластина, которая вращает направление поляризации линейно поляризованного света, и четвертьволновая пластина, которая преобразует различные эллиптические поляризации (например, особый случай преобразования линейно поляризованного света в круговую поляризацию и наоборот). Волновые пластины изготавливаются из двулучепреломляющего материала (такого как кварц или слюда, или даже пластик), для которого показатель преломления различен для света, линейно поляризованного вдоль одной из двух определенных перпендикулярных кристаллических осей. Поведение волновой пластины (то есть, является ли она полуволновой, четвертьволновой и т.д.) зависит от толщины кристалла, длины волны света и изменения показателя преломления. При правильном выборе соотношения между этими параметрами можно ввести контролируемый сдвиг фазы между двумя компонентами поляризации световой волны, тем самым изменяя ее поляризацию. Возможно изготовление пластин с почти плоской спектральной характеристикой фазовой задержки. Волновые пластины – особенно чувствительные оттенки (полноволновые) и четвертьволновые пластины – широко используются в оптической минералогии. Добавление пластин между поляризаторами петрографического микроскопа облегчает оптическую идентификацию минералов в тонких срезах горных пород. Это обуславливает альтернативные названия этой пластины – пластина чувствительного окрашивания или (реже) красная пластина. Эти пластины широко применяются в минералогии для облегчения идентификации минералов в тонких срезах пород.
A waveplate or retarder is an optical device that alters the polarization state of a light wave travelling through it. Two common types of waveplates are the half wave plate, which rotates the polarization direction of linearly polarized light, and the quarter wave plate, which converts between different elliptical polarizations (such as the special case of converting from linearly polarized light to circularly polarized light and vice versa.) Waveplates are constructed out of a birefringent material (such as quartz or mica, or even plastic), for which the index of refraction is different for light linearly polarized along one or the other of two certain perpendicular crystal axes. The behavior of a waveplate (that is, whether it is a half wave plate, a quarter wave plate, etc.) depends on the thickness of the crystal, the wavelength of light, and the variation of the index of refraction. By appropriate choice of the relationship between these parameters, it is possible to introduce a controlled phase shift between the two polarization components of a light wave, thereby altering its polarization. can be manufactured such that the spectral response of its phase retardance can be nearly flat. A common use of waveplates—particularly the sensitive tint (full wave) and quarter wave plates—is in optical mineralogy. Addition of plates between the polarizers of a petrographic microscope makes the optical identification of minerals in thin sections of rocks easier, This gives rise to this plate's alternative names, the sensitive tint plate or (less commonly) red tint plate. These plates are widely used in mineralogy to aid in identification of minerals in thin sections of rocks.
Волновые плиты многорядного и нулевого порядка
Пластинка многократного порядка изготавливается из единого бирефринентного кристалла, создающего целое кратное номинальной ретардации (например, пластинка полуволнового порядка может иметь абсолютную ретардацию 37λ/2). В отличие от нее, пластинка нулевого порядка создает точно заданную ретардацию. Этого можно достичь, комбинируя две пластинки многократного порядка таким образом, чтобы разность их ретардаций давала результирующую (истинную) ретардацию пластинки. Пластинки нулевого порядка менее чувствительны к изменениям температуры и длины волны, но более дорогие, чем пластинки многократного порядка. Создание стопки волновых пластинок разных порядков с поляризационными фильтрами между ними позволяет получить фильтр Лио. Для получения широко настраиваемой полосы пропускания в спектре оптического пропускания можно вращать фильтры или заменять волновые пластинки жидкокристаллическими слоями.
A multiple order waveplate is made from a single birefringent crystal that produces an integer multiple of the rated retardance (for example, a multiple order half wave plate may have an absolute retardance of 37λ/2). By contrast, a zero order waveplate produces exactly the specified retardance. This can be accomplished by combining two multiple order wave plates such that the difference in their retardances yields the net (true) retardance of the waveplate. Zero order waveplates are less sensitive to temperature and wavelength shifts, but are more expensive than multiple order ones. Stacking a series of different order waveplates with polarization filters between them yields a Lyot filter. Either the filters can be rotated, or the waveplates can be replaced with liquid crystal layers, to obtain a widely tunable pass band in optical transmission spectrum.
Использование в минералогии и оптической петрологии
Чувствительные оттенки (полноволновые) и четвертьволновые пластины широко используются в области оптической минералогии. Добавление пластин между поляризаторами петрографического микроскопа облегчает оптическую идентификацию минералов в тонких срезах горных пород, в частности, позволяя определять форму и ориентацию оптических индикатрис в видимых кристаллических сечениях. На практике пластина вставляется между скрещенными поляризаторами под углом 45 градусов. Это позволяет проводить две различные процедуры для исследования минерала под микроскопом. Во-первых, в обычном скрещенно-поляризованном свете пластина может быть использована для определения ориентации оптической индикатрисы относительно удлинения кристалла – то есть, является ли минерал "медленным" или "быстрым" по длине – по увеличению или уменьшению видимых интерференционных цветов на один порядок при добавлении пластины. Во-вторых, несколько более сложная процедура позволяет использовать оттенковую пластину совместно с методом интерференционных фигур для измерения оптического угла минерала. Оптический угол (часто обозначаемый как "2V") может служить диагностическим признаком типа минерала, а также в некоторых случаях предоставлять информацию об изменении химического состава в пределах одного типа минерала.
The sensitive tint (full wave) and quarter wave plates are widely used in the field of optical mineralogy. Addition of plates between the polarizers of a petrographic microscope makes easier the optical identification of minerals in thin sections of rocks, in particular by allowing deduction of the shape and orientation of the optical indicatrices within the visible crystal sections. In practical terms, the plate is inserted between the perpendicular polarizers at an angle of 45 degrees. This allows two different procedures to be carried out to investigate the mineral under the crosshairs of the microscope. Firstly, in ordinary cross polarized light, the plate can be used to distinguish the orientation of the optical indicatrix relative to crystal elongation – that is, whether the mineral is "length slow" or "length fast" – based on whether the visible interference colors increase or decrease by one order when the plate is added. Secondly, a slightly more complex procedure allows for a tint plate to be used in conjunction with interference figure techniques to allow measurement of the optic angle of the mineral. The optic angle (often notated as "2V") can both be diagnostic of mineral type, as well as in some cases revealing information about the variation of chemical composition within a single mineral type.