Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
ТРАДИЦИОННОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
ВВЕДЕНИЕ
В этой книге термин свет обозначает электромагнитное излучение. При этом обычно мы имеем в виду види^ мый свет (область 400—700 ммк), но очень часто подразумеваем и более коротковолновую (ультрафиолетовую) или более длинноволновую (инфракрасную) области. В некоторых случаях в это понятие включаются рентгеновское излучение, у-лучи и радиоволны. Во всем столь широком диапазоне существенную роль играет поляризация.
Поляризованный свет по своей природе является элементарным. Монохроматический луч поляризованного света уже не разлагается на более простые составляющие. Возможность его исследования может быть основана лишь на взаимодействии с веществом, на которое он падает. Так, при прохождении поляризованного света через двупреломляющий кристалл, дихроическую пластинку или при наклонном падении света на поверхность диэлектрика могут наблюдаться весьма различные результаты. Возникает вопрос: можно ли дать столь точное и гибкое описание поляризованного луча, чтобы оно позволяло предсказывать поведение поляризованного света при падении на любое вещество.
В настоящее время для описания поляризованного света разработаны и успешно применяются ряд методов как наглядных, так и математических. Одни из них хорошо служат в простых случаях, другие следует применять при решении сложных проблем. Необходимо лишь, чтобы выбранные представления обеспечивали достаточно полное описание поведения поляризованного
света и простоту решения различных связанных с этим проблем.
В настоящей главе дается обзор классических методов описания поляризованного света (наглядных и волновых). В гл. 2 рассматриваются новые, более эффективные методы.
Поляризованный свет представляет интерес не только сам по себе, но и широко применяется для исследования свойств вещества. Преимуществами такого способа являются его быстрота, чувствительность и удобство. Кроме того, достоинством этого метода является возможность изменять по желанию форму поляризации без потери энергии и без увеличения потока энтропии. Работа с поляризованным светом, являющимся элементарным видом света, во многих отношениях легче, чем с естественным светом: эксперимент при этом оказывается более совершенным, а математическая обработка проще. В физике и химии поляризованный свет применяется гораздо чаще, чем неполяризованный. В биологии, астрономии и технике с помощью поляризованного света решаются многие проблемы, которые другим путем решить не удается. Не будет преувеличением сказать, что поляризованный свет является наиболее полезным орудием оптического исследования.
При подготовке книги автор столкнулся с проблемой условных обозначений. Трудность состояла в том, что необходимо было согласовать обозначения, применяемые в различных разделах оптики. По традиции специалисты по сахариметрам и поляриметрам применяют свою терминологию и систему обозначений, исследователи, изучающие дихроизм,——свою; то же самое относится к кристаллографам, физикам, использующим в своих работах волновую теорию, вектор Стокса, сферу Пуанкаре, расчеты Мюллера и Джонса. Часто расхождение между принятыми обозначениями (выбор знаков, направлений и т. д.) не играет существенной роли. Тем не менее в этой книге выдерживается единая система обозначений; при этом неизбежно, конечно, некоторое несовпадение ее с другими определениями и условными обозначениями.
НАГЛЯДНОЕ КЛАССИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО ВОЛНОВОГО ДВИЖЕНИЯ
Классическое описание поляризованного волнового движения хорошо известно (см. работы Детчберна [107] и Дженкинса и Уайта [229]), поэтому здесь будет дан только краткий обзор.
Ф и г. 1. Схематическое представление горизонтально распространяющегося пучка монохроматического света, поляризованного горизонтально (а), вертикально (6), правоциркулярно (в) и левоциркулярно (г).
С точки зрения классической физики свет представляет собой поперечные электромагнитные волны. Поляризованный свет есть свет с преимущественным направлением колебаний: преимущественным для одного из поперечных направлений или для определенного направления вращения.
Различные возможные преимущественные направления колебаний изображены на фиг. 1. Каждый рисунок представляет собой схематическое изображение монохроматической волны. Кривую можно представить себе как плавную линию, соединяющую концы большого числа векторов, которые указывают направление и величину электрического поля в различных точках вдоль оси пучка. Правило, определяющее правую и левую
циркулярную поляризацию, легко запомнить: правая циркулярная поляризация изображается посредством правого винта (правый винт остается правым независимо от положения наблюдателя, следовательно, данное определение однозначно). Эту модель можно изобразить в правых декартовых координатах, где Z — направление распространения, а X и Z лежат 3 одной горизонтальной плоскости.
Исследователи, работающие в различных областях (в качестве примера можно назвать кристаллографию, теоретическую физику, сахариметрию, приборостроение), иногда пользуются противоречивыми определениями. Мы стремились, чтобы употребляемые в этой книге определения представляли собой некоторый оптимальный компромисс. Основное внимание обращалось на тщательный подбор точных определений и на последовательное применение их.
Можно, конечно, рассматривать колебания не электрического, а магнитного вектора. При распространении света в вакууме или в изотропной среде электрические и магнитные колебания ортогональны, а их амплитуды всегда пропорциональны друг другу. Точное определение одного типа колебаний равносильно определению обоих. Условно принято рассматривать именно электрические колебания вследствие предпочтительной роли электрического вектора в большинстве известных процессов поглощения света.
Общепринято изображать поляризованный свет, используя проекционную картину—проекцию электрического вектора на плоскость, перпендикулярную лучу (фиг. 2). Горизонтально поляризованный луч представляется горизонтальным отрезком; вертикальная поляризация—вертикальным отрезком. Правая круговая поляризация изображается окружностью с указанием направления вращения по часовой стрелке. Проекционная картина представляет собой как бы фотографию колебаний конца электрического вектора, которые видел бы наблюдатель, находящийся на оси Z далеко от начала координат и смотрящий в направлении источника света, помещенного в это начало. Изображение правой
круговой поляризации в виде окружности с указанием направления по часовой стрелке не противоречит правилу правого винта: если правый винт, двигаясь поступательно по направлению к наблюдателю, пересекает некоторую плоскость перпендикулярно, то точка Пересе^ чения винта с плоскостью описывает круг 8 направлении часовой стрелки.
Фиг. 2. Проекционная картина пучка, поляризованного горизонтально (〃)，вертикально (О), правоциркулярно (в), левоциркулярио (г), линейно под 20° (0), линейно под ——45° (е), правоэллиптически под 45° (ж).
С помощью проекционной картины легко предста- вить и эллиптически поляризованный, а также немонохроматический свет. В последнем случае положение проекции меняется в зависимости от частоты внутри спектральной полосы. Проекционная картина при этом уже не будет иметь вид простых замкнутых кривых (фиг. 3).
Наиболее общая проекционная картина монохрома- тического луча — эллипс — может быть описан с помощью параметров, определенных на фиг. 4. Угол а (между главной полуосью и осью X) называется азимутом проекции (90° > а >—90°). Отношение полуосей b/а называется эллиптичностью. Через 0 обозначен arctgb/a (90° > р>—90°). Зная эллиптичность, можно определить эксцентриситет (а2 —核)％/。.
Фиг. 3. Вид проекционной картины эллиптически поляризованного луча с малой, но конечной шириной полосы при наблюдении в течение приблизительно одного цикла (〃)，примерно двух циклов (6)， многих циклов (в).
В некоторых случаях представляет интерес также отношение Ду/Лх, где Ау и Ах — соответственно максимальная величина У- и Х-компоненты электрического вектора. Угол |arc tg(Ay/Ax) | будем обозначать через R.
Фиг. 4. Проекционная картина эллиптически поляризованного света.
В расвматриваемом примере а = 20°, эллиптичность 6/а==0,4. вращение направлено по чавовой стрелке с точки зрения наблюдателя, находящегося далеко на оси Z и смотрящего на источник, помещенный в начало координат.
Если угол а близок к ±45° или если эллипс сильно вытянут вдоль оси а, то углы |а| и R близки, но во всех других случаях они сильно различаются.
Типы и формы поляризации. Линейную, циркулярную (круговую) и эллиптическую поляризации можно рас-
сматривать как три типа поляризации. Очевидно, что эллиптическая поляризация включает в себя другие как частные случаи. Эллиптичность, равная нулю, соответствует линейной поляризации, эллиптичность, равная единице, — круговой.
Линейный тип поляризации включает в себя бесконечное число форм поляризации^ имеющих различные азимуты а. Циркулярная поляризация включает две формы, отличающиеся направлением вращения. Эллиптическая поляризация включает в себя бесконечное число форм, различающихся по азимуту, эллиптичности и направлению вращения.
Ортогональные формы. Два линейно поляризованных луча, которые отличаются по азимуту на 90°, называются ортогональными, если они распространяются в одном направлении (фиг. 5). Право- и левоциркулярные
Фиг. 5. Проекционные картины ортогональных пар лучей, поляризованных линейно (а), циркулярно (“)，эллиптически (в).
лучи тоже являются ортогональными. Два эллиптически поляризованных луча ортогональны, если азимуты главных осей отличаются на 90°, направления вращения противоположны и эллиптичности одинаковы.
Плоскость поляризации. Понятие плоскость поляризации, которое используется многими авторами, не является однозначным. Некоторые авторы называют так плоскость, содержащую направление распространения волны и направление электрических колебаний, в то время как другие имеют в виду плоскость, содержащую направления распространения и магнитных колебаний. 11едостатком этого понятия является и то, что экспери-
2 Зак. 1287
ментатор может легко создать несколько лучей, которые имеют одну и ту же плоскость поляризации, но разные направления вектора электрических колебаний (фиг. 6). Подобным же образом можно создать лучи, имеющие различные плоскости поляризации и одно 〃 то же направление колебаний.
Фиг. 6. Два луча, имеющие одну и ту же плоскость поляризаций (плоскость М), но различные направления электрических колебаний.
Направления электрических колебаний указаны штрихами, лежащимив плоскости
В этой книге подобные трудности исключаются использованием только определений, описывающих электрические колебания. Здесь употребляются выражения «линейно поляризованный свет», «направление колебаний» и не применяются такие выражения, как «плоско поляризованный свет» и «плоскость поляризации».
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕПОЛЯРИЗОВАННЫХ ВОЛН
Математическое описание волнового движения рассматривается в обычных учебниках по электромагнитной теории (см., например, книги Детчберна [107] и Абрагама и Беккера [1]). Поперечные смещения, образующие монохроматическую линейно поляризованную плоскую волну, изменяются синусоидально со временем и с координатой вдоль направления распространения. Изменение относительной величины электрического вектора Е, которую мы обозоначим через 自，может быть описано выражением'
士 = sin (со/ — ^^-)，
где Z — координата вдоль оси пучка,入一длина волны, (о — угловая частота (частота, умноженная на 2л),
/ — время. Для облегчения некоторых вычислений можно ввести комплексные обозначения. Чтобы сделать выражения более общими, введем амплитуду Д и так называемую начальную фазу е. Выражение для Е можно записать в любой из следующих форм:
g == Ае^е心t^- i2aZh —工«注«’ (co/-2nZ/M.— j^^i (e+cof-2nZ/九)—工个方①, где 屮= е + з£ — 2nz/鼠 Действительная часть 占 представляет собой мгновенную относительную величину электрического вектора Е (в момент времени f и в точке Z). Величина Ае^ называется комплексной амплитудой. Величина 屮( = e +(of ——2nZ/A) есть угловая фаза в момент времени / для точки Z. Интенсивность пучка зависит от А и, конечно, пропорциональна Д2. Понятие интенсивность применяется в этой книге в разных смыслах. Иногда оно обозначает общую мощность пучка, в других случаях — мощность на единицу телесного угла или мощность на единицу телесного угла и единицу площади. Смысл обычно бывает ясен из контекста. Формальное определение интенсивности дано Чандрасекаром [74].
Направление электрического вектора в уравнениях не определяется, но оно может быть задано отдельно — словами, графически или с помощью единичных векторов i и j, параллельных соответственно осям X и У.
Луч света с круговой поляризацией может быть представлен комбинацией двух комплексных выражений типа Ае^. Одно выражение, Луе/фу, описывает вертикальную компоненту (У-компоненту) ； другое, Ахе^х ——горизонтальную компоненту (Х-компоненту). Амплитуды Ау и Ах равны, а угловые фазы 屮？ и(рх отличаются па 90°. Если разность фаз (屮？一屮工),которую обозначают через у, положительна (90°), то свет обладает правой круговой поляризацией. Если у= —90°, то мы имеем левую круговую поляризацию.
В общем случае У- и Х-компоненты различаются по амплитуде и у может иметь любую величину; следовательно, общим видом проекционной картины является эллипс. Если 180°>у>0°, то направление вращения правое, если ~ 180°<у<0°, то направление вращения левое. При у = 0° проекция представляет собой прямую
линию (линейная поляризация), при |у| = 90° проекция является окружностью.
Чтобы сложить два монохроматических поляризованных пучка, складывают мгновенные значения их электрических векторов. В общем случае два вектора имеют различные направления в действительном трехмерном пространстве, различные частоты и не связанные между собой фазы； следовательно, результат сложения представляет собой сложное и неудобное для практического использования выражение. В простом случае, когда оба пучка линейно поляризованы и имеют одинаковые частоты и фазы, процедура сводится к простому сложению двух векторов, величины которых являются среднеквадратичными значениями электрических векторов исходных пучков (Уолстром [435]).
Когда два линейно поляризованных пучка отличаются по фазе на некоторую постоянную величину, операция сложения становится более трудной. Если разность фаз равна 180° и интенсивности двух пучков одинаковы, то пучок, получающийся при их комбинации, имеет нулевую интенсивность. Если два когерентных пучка пересекаются под малым углом, то соотношение фаз!) будет, конечно, меняться в области пересечения от точки к точке； в результате в одних точках интенсивность будет велика, а в других ——мала, так что получится интерференционная картина.,
Если пучки совершенно некогерентнь^ то можно просто сложить их интенсивности. Сумма интенсивностей и будет интенсивностью результирующего пучка.
В последующих главах будет показано, что с помощью некоторых современных методов сложение пучков можно осуществлять проще, чем с помощью приведенных выше классических уравнений. Для рассмотрения взаимодействия некогерентных пучков наиболее удобен вектор Стокса; вектор Джонса чаще применяется к когерентным пучкам. Эти векторы рассматриваются в гл. 2.
Как определено в книгах Детчберна [107] и Борна и Вольфа [54], когерентными называются такие пучки, между фазами которых задано некоторое соотношение.
ЕСТЕСТВЕННЫЙ СВЕТ
Естественный свет может быть определен следующим образом. Пучок естественного света — это такой пучок, в результате разделения которого каким-либо прибором, сохраняющим энергию неизменной, на два полностью поляризованных пучка, последние имеют равную мощность (в течение интервала времени, достаточно большого для того, чтобы можно было измерить мощность). Таким образом, если пучок считается неполяризованным, то в нем в течение длительного времени не должно проявляться какого-либо преимущественного направления колебаний или направления вращения.
Очевидно, что монохроматический свет является поляризованным. Такой свет представляет собой идеальный волновой цуг, т. е. характеризуется строго определенной и постоянной во времени проекционной картиной. Это и означает, что он поляризован. Почти полностью монохроматические радиоволны применяются довольно часто; было установлено, что они в высокой степени поляризованы.
Однако любой реальный световой пучок всегда обладает заметным диапазоном частот. В соответствии с этим в нем одновременно могут присутствовать различные формы поляризации. Если экспериментально невозможно выделить какой-либо преимущественный азимут или направление вращения, то такой пучок следует считать неполяризованным. (Это обстоятельство исследовано в работах Лангсдорфа и Дубриджа [286] и Берджи и Дуб- риджа [41].) В настоящей книге часто употребляется вы・ ражение «монохроматический свет»; обычно под ним подразумевается свет почти монохроматический с такой шириной полосы, что в нем не проявляется поляризация.
Для большей части моментов времени проекционная картина пучка естественного света имеет, конечно, вид эллипса. Гурвиц [208] рассчитал среднюю величину эл« липтичности, которая оказалась равной tg 15°, или 0,268.
Пока еще не найден удовлетворительный способ на* глядного описания естественного света. Условно принято изображать естественный свет в виде звездочки
с большим числом лучей из векторов, но это изображение не отражает наиболее важное свойство естественного (неполяризованного) света, а именно эллиптический характер изменения его электрического вектора.
ЧАСТИЧНО ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ
Поскольку, как правило, свет в природе и свет искусственного происхождения не является ни полностью поляризованным, ни полностью неполяризованным, вводится важное понятие степени поляризации. Эта величина определяется с помощью компонент, на которые можно разделить данный пучок.
Существует два полезных способа мысленного деления пучка на компоненты. В одном методе применяется деление на поляризованный и неполяризованный свет, другой метод основан на делении по форме колебаний. При делении на поляризованный ——неполяризованный свет рассматриваемый пучок разделяется на полностью поляризованную компоненту Са и на компоненту Сь, которая неполяризована и не имеет постоянного соотношения фаз с компонентой Са (т. е. некогерентна с ней).
Такое разделение однозначно: имеется только одна возможная пара компонент Са и &. В зависимости от того, является ли компонента Са линейно, циркулярно или эллиптически поляризованной, частично поляризованный пучок называется частично линейно, частично циркулярно илн частично эллиптически поляризованным.
При использовании разделения по форме колебания рассматриваются две полностью и взаимно перпендикулярно поляризованные компоненты, максимально различающиеся по интенсивности. Компоненту с большей интенсивностью называют преобладающей (максимальной) компонентой (?心 а компоненту с меньшей интенсивностью —минимальной компонентой С- Можно показать, что эти компоненты некогерентны между собой, т. е. между их фазами не существует постоянного соотношения.
Разделение на поляризованный ——неполяризованный свет удобно при. рассмотрении поляризаторов, дающих
частичную поляризацию, пластинок, сдвигающих фазу (фазовых пластинок) и т. д. Например, если частично поляризованный пучок проходит через устройство, сдвигающее фазу, то неполяризованная компонента совершенно не изменяется и исследователь может сосредоточить свое внимание только на поляризованной компоненте. Разложение, на поляризованный ——неполя- ризованный свет имеет, правда, одно существенное ограничение: ни одно из известных устройств не может быть применено для проведения указанного разложения. Однако легко осуществим обратный процесс: довольно просто скомбинировать поляризованный и непо- ляризованный пучки, по крайней мере локально; для этого достаточно, чтобы они пересекались под небольшим углом. Используя это, можно показать законность такого метода рассмотрения.
Разделение пучка на компоненты с разным направлением колебаний полезно при исследовании поляризаторов, в которых используется двойное преломление. Эти приборы практически осуществляют такое разложение (с некоторыми ограничениями).
Теперь нетрудно определить степень поляризации V. Если интенсивности компонент Са, &, Cd и & обозначить соответственно через /а, /&, /d и /<, то величину Р можно определить одной из следующих двух формул:
ZQ —丿 d —厶 4 + 4 1 厶+厶.
Автору хотелось бы ввести понятие, описывающее степень неполноты поляризации. Можно использовать [394] понятие недостаток поляризации, определяемый величиной 厶/(/d + 厶)，или, эквивалентно, (1 — У)/2.
В некоторых случаях полезно пользоваться понятием об эквивалентной степени линейной поляризации. Пучок, который имеет 100%-ную эллиптическую поляризацию и незначительную эллиптичность, можно рассматривать как пучок с частичной линейной поляризацией. Это понятие (эквивалентная степень линейной поляризации) иногда оказывается удобным.
Легко получить поляризацию, меняющуюся по спектру. Действительно, степень поляризации (и, возможно, даже форма поляризации) почти любого немонохроматического пучка, выходящего из дихроичного поляризатора, будет меняться с длиной волны.
ИСТОРИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
Историей исследования поляризованного света занимались Престон [364], Партингтон [351] и другие авторы. Ранние исследования по двойному преломлению описываются в опубликованной в 1819 г. работе неизвестного автора [475J. Дальнейшее развитие этой области отражено в работах Арчарда [12], Иохансена [238], Томпсона [422], Таттона [429], Тваймена [430] и Уолстрома [435]. История разработки поляроидов описана Лендом и Вестом [281, 285].
Ниже в хронологическом порядке перечислены основные открытия и достижения в этой области.
Эразмус Бартолинус, датский ученый, открыл двойное преломление [18].
Христиан Гюйгенс, голландский ученый, открыл поляризацию света. Он доказал наличие поляризации с помощью двух последовательно расположенных кристаллов исландского шпата [209].
Роберт Гук, английский физик, высказал гипотезу о поперечности световых колебаний (см. [351]).
Этьен-Луи Малюс, французский ученый, открыл явление поляризации при отражении [312]. Он наблюдал сквозь кристалл исландского шпата свет, отраженный под большим углом от окна Люксембургского дворца в Париже, и заметил, что при повороте кристалла вокруг луча интенсивность двух получающихся при этом изображений периодически меняется (см. [164, 351]).
Д. Араго, французский ученый, открыл вращение плоскости поляризации (см. [351]).
Жан Био, французский физик, предложил классифицировать одноосно преломляющие кристаллы в соответствии с тем, больше или меньше показатель прела-
мления необыкновенного луча по сравнению с показателем преломления обыкновенного луча (см. [238]).
Араго предложил использовать стопу пластин в качестве поляризатора [10].
Давид Брюстер, шотландский физик, установил закон («закон Брюстера») о соответствии между углом полной поляризации при отражении и показателем преломления. (Как показано в работе [59], открытие закона относится к 1812 г., а не к 1811 г., указываемому некоторыми авторами.)
Био открыл явление дихроизма в кристаллах турмалина [37].
Огюст Френель, французский физик, установил, что два луча, поляризованных взаимно перпендикулярно, не могут интерферировать [149]. Однако он не смог дать объяснения этого явления, что сделал лишь Юнг.
Томас Юнг, английский физик, впервые показал, что световые колебания поперечны [351], как уже ранее предполагал Гук в 1757 г., или несколько раньше (см. [465]).
Уильям Николь, шотландский физик, изобрел поляризационную призму, названную впоследствии его именем (см. [238, 281]).
Вильгельм Хайдингер, австрийский минералог, открыл явление, названное «фигурой Хайдингера*, с помощью которого можно визуально убедиться в том, что широкий однородный пучок линейно поляризованного света действительно поляризован [172].
Майкл Фарадей, английский физик, обнаружил эффект вращения плоскости поляризации в магнитном поле.
Хайдингер [173] открыл круговой дихроизм (см. [351]).
1852. Уильям Герапат [189, 190], английский врач, синтетически получил кристалл, поляризующий свет во всей видимой области (см. [164, 285]).
1852. Джордж Стокс, английский физик, предложил четыре параметра, носящих теперь его имя, для описания частично поляризованного света [413].
1875. Джон Керр, шотландский физик, открыл индуцированное двойное преломление («эффект Керра») в электрическом поле [261].
1887. Генрих Герц, немецкий физик, получил радиоволны; это было серьезным доказательством правильности теории Максвелла.
1892. Анри Пуанкаре, французский математик, изобрел метод описания поляризованного света с помощью сферы [361, 368].
1928. Эдвин Ленд!)» тогда девятнадцатилетний студент Гарвардского колледжа, разработал первый пригодный для использования дихроичный поляроид [281].
1933. Бернар Лио, молодой французский ученый, изобрел поляризационный узкополосный фильтр, который теперь носит его имя [300].
1938. Эдвин Ленд изобрел поляроид Н-типа ——пленочный дихроичный поляризатор, в котором использовались особые свойства полимерных молекул.
1940. Роберт Джонс, американский физик, предложил метод расчета изменений, вызываемых в пучке света поляризаторами и устройствами, сдвигающими фазу [239].
Франсуа Перрен, французский ученый, предложил способ общего матричного расчета, включающего в себя четыре параметра Стокса и 16 констант преобразования Солейля [353].
Ганс Мюллер, профессор физики Массачусетского технологического института, предложил новый феноменологический подход к проблеме поляризованного II частично поляризованного света. Он основан на изящном использовании 4Х4-матриц [326, 327].
1943. Роберт Блейк, американский ученый, изобрел поляроид HR-типа, первый поляроид, применимый в значительной части инфракрасной области спектра [43, 114]).
Е. Н. Land, сообщение на физическом коллоквиуме Гарвардского колледжа (февраль 1932 г.)： «Новый тип поляризатора из растянутой синтетической пленки».
22СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОПИСАНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
2
2
§ 1. ВВЕДЕНИЕ
Обратимся теперь к современным методам описания поляризованного света (сфера Пуанкаре, вектор Стокса, вектор Джонса и квантовомеханическое представление). Мы уделяем особое внимание сфере Пуанкаре и вектору Стокса, так как с их помощью непосредственно решаются многие сложные вопросы и они позволяют сильно упростить рассмотрение прохождения пучка света через последовательность поляризаторов и фазовых пластинок.
СФЕРА ПУАНКАРЕ
Метод сферы Пуанкаре, предложенный Анри Пуанкаре [361] около 1892 г., представляет собой удобный способ изображения поляризованного света и дает возможность заранее предсказать, как любое устройство, сдвигающее фазу, будет изменять форму поляризации. Этот метод по существу является графическим: каждая точка на сфере соответствует определенной форме поляризации. Графическое представление осуществляется либо в виде трехмерной или двумерной модели, либо тригонометрически, либо с помощью аналитической геометрии (метод применим только в том случае, когда луч света полностью поляризован).
Помимо наглядного графического представления поляризованного света, сфера Пуанкаре позволяет кратчайшим путем решать проблемы, возникающие при использовании фазовых пластинок или комбинаций из фазовых пластинок и идеальных гомогенных поляризаторов. Пользуясь представлением в виде сферы, можно быстро решить задачу, с трудом поддающуюся решению
обычными методами. Это относится, например, к тем проблемам, которые возникли при создании ахроматических многослойных фазовых пластинок (Панчаратнам [342, 343], Кестер [264]).
Фиг. 7. Сфера Пуанкаре.
Показаны основные обозначения различных сечений и определение положения произвольной точки Р с помощью угла 2А, измеряемого по часовой стрелке от точки Н, и. 2со, измеряемого вниз от экватора.
Несмотря на огромную пользу представления поляризованного света в виде сферы Пуанкаре, в литературе ей уделяется мало внимания. Автор не смог найти серьезного описания ее ни в одном учебнике. Однако имеется ряд небольших заметок в технических журналах (см. Рамачандран и Рамасешан [368, 369], Джерард [234], Кестер [264], Макмастер [303], Перрен [353], Скиннер [400], Уолкер [437] и. Райт [462]).
На фиг. 7 поясняется смысл различных точек этой сферы. Верхний и нижний полюсы представляют лево- и правоциркулярно поляризованный свет. Точки на экваторе соответствуют линейной поляризации. Все остальные точки обозначают эллиптическую поляризацию. Произвольно выбранная за начало отсчета на экваторе точка Н соответствует горизонтальной поляризации, а диаметрально противоположная точка V——вертикальной поляризации. Лучи, имеющие ортогональную форму поляризации, изображаются точками на противоположных концах диаметра. Обычно радиус сферы принимается за единицу; иногда его считают пропорциональным интенсивности пучка.
Произвольная точка Р на поверхности сферы Пуанкаре единичного радиуса определяется с помощью долготы (2九)и широты (2(о), где —180° <^ 2Z <^ 180° и —90° < 2со < 90°. (Заметим, что символы А н со имеют другой смысл, чем в предыдущей главе.) Долгота положительна, если она измеряется по часовой стрелке от точки Н, широта положительна, если она измеряется вниз от экватора, т. е. в направлении полюса, изображающего правоциркулярно поляризованный свет. Таким образом, координаты точки Р на фиг. 7 положительны.
Форму поляризации, определяемую произвольной точкой Р, легко установить. Она соответствует полностью эллиптически поляризованному лучу, у которого эллипс имеет азимут А, эллиптичность tg |(о| и левое или правое вращение в зависимости от того, где лежит точка Р ——на верхней или нижней полусфере. Короче говоря, точка Р соответствует эллиптически поляризованному лучу, проекционная картина которого описывается соотношениями
а — X,雜tg|s|,
(
левое при 2® < 0
I правое при 2® > 0..
Очевидно, что различные точки на сфере соответствуют различным формам поляризации. И наоборот:
каждая форма поляризации представлена на сфере одной определенной точкой.
Фиг. 8. Оси декартовой системы координат, используемой для определения положения точки Р на сфере Пуанкаре единичного радиуса.Фиг. 8. Оси декартовой системы координат, используемой для определения положения точки Р на сфере Пуанкаре единичного радиуса.Декартовы координаты. Точка Р может быть определена с помощью правой системы декартовых координат X, У и Z, изображенной на фиг. 8. (Эти координаты не следует путать с координатами, введенными в гл. 1.)
Фиг. 8. Оси декартовой системы координат, используемой для определения положения точки Р на сфере Пуанкаре единичного радиуса.
Фиг. 8. Оси декартовой системы координат, используемой для определения положения точки Р на сфере Пуанкаре единичного радиуса.
При единичном радиусе сферы точка Р имеет следующие координаты:
X = cos 2s cos 2Х, У = cos 2(о sin 2 儿 Z= sin 2s.
Если свет поляризован горизонтально, то 2(о = 2А = 0 и, следовательно, Х=1, У=0, 2=0. Если же свет поляризован вертикально, то 2co = 0, 2入=л и тогда Х = — 1, У=0, Z=0. (В следующем параграфе мы увидим, что для любого полностью поляризованного пучка света значения X, У н Z эквивалентны нормированным сток- совским параметрам соответственно Л4, С и 5. Следова- применимы также значения М,
Отметим, что ось Z направленавниз.тельно, в данном случаеОтметим, что ось Z направленавниз.тельно, в данном случаеС и S, указанные в табл. 1.)
Отметим, что ось Z направленавниз.
тельно, в данном случае
Отметим, что ось Z направленавниз.
тельно, в данном случае
Из приведенных выражений видно, что если для луча известны значения координат X, У и Z, то азимут и эллиптичность можно определить по формулам
1 у
a = Z =-J arc tg
A = tg|(o| = tg||arcsinZ
а направление вращения будет левым для Z<0 и пра> вым для Z>0.
Важнейшим случаем применения сферы Пуанкаре является определение эффекта, вызываемого введением на пути поляризованного луча фазовой пластинки. Чтобы определить этот эффект, нужно провести дугу окружности на сфере. Подробно метод излагается в гл. 7; здесь мы дадим только краткое его описание. Выбор на сфере точки, служащей центром дуги, зависит исключительно от типа фазовой пластинки (от ее азимута, собственного вектора наибольшей скорости, эллиптичности и направления вращения); длина дуги зависит только от сдвига фаз. Один конец дуги представляет собой точку, соответствующую падающему лучу, положение другого конца дуги характеризует выходящий луч. Кроме подробного описания этого метода, в гл. 7 приводятся конкретные примеры применения.
Вообще говоря, представление поляризованного света в виде сферы Пуанкаре полезно не только при решении конкретных задач, но также и при формулировке задачи, так как оно обладает наглядностью и четкостью. Этот метод позволяет определить начальные условия и предсказать результаты с минимальными усилиями. Очевидно, что основным этапом является вычерчивание дуги или, если использовать более строгое выражение, —поворот сферы.
ВЕКТОР СТОКСА
Несмотря на то что вектор, названный именем Стокса, был предложен еще в 1852 г. [413], ему уделялось недостаточное внимание в оптической литературе. Лучшие на современном уровне расчеты были, пожалуй, проведены Уолкером [437]. По этому вопросу имеются также работы Солейля [407], Перрена [353], Биллингса и Ленда [34], Рамачандрана и Рамасешапа [368], Макмастера [303, 305], Тинкхэма и Стрепдберга [424], Пан- чаратнама [345], Фолкоффа и Макдональда [138]. Можно упомянуть также статьи Джонса, Мюллера и Чандрасекара (см. библиографию). В книге Хюльста [431], вышедшей в 1957 г., рассмотрено приложение вектора Стокса к явлению рассеяния света. В статье Коэна [84] описано применение этого метода в радиоастрономии.
Таблица /
Векторы Стокса и векторы Джонса для различных форм поляризованного света
Форма поляризации
Нормированный вектор Стокса
Вектор Джонса
Проекционная картина
а, гржд
ь
"у
V, град
{/, м, С S}
стандартный нормированный
полный
1 / \
Общий случай
С
0
90
45
—45
Линейная поляризация
0
0
0
0
0
1,a
0
ОО
1
1
Некоторое положительное число
1
0
±180
.0 или ±180
90
{1,1,0,0}
{I,-I,0,0}
{1,0,1,0}
{1,о,-1,0}
{1, cos 2а, sin 2а, 0}
{1, 0, 0, 1}
[I] [?] 4[：] 哆[」] Г cos R ] 土 sin А」
掾㈡]
Г . Л L о . г о •
[
Г
О
—
1,厶
1
—90
{1, 0, 0, -1}
о
0
1 ¥
90
{1, 0,6, 0, 0,8}
0
90
2
90
{1, —0,6, 0, 0,8}
22,5
0,318, R
0,518
45
h |/1‘ 1А /И
Общий случай эллиптической поляризации
Общий случай частичной эллиптической поляризации
Неполяризованный свет
』1"
cos 2s cos 2入cos 2（o sin 2入_ sin 2g）—
" —〈〃"$〉" 丄_〈成一唠 〈4+学〉〈2“y cosy〉 （20大旬 sin y〉.
{1, 0, 0, 0}
cos Re 2
-sin Re 2 -
Нет
Нет
Вектор Стокса является совокупностью четырех величин, называемых стоксовскими параметрами, которые характеризуют интенсивность и поляризацию пучка света. Пучок может быть поляризован полностью, частично или совсем неполяризован; он может быть монохрома- тичным и немонохроматичным. Таким образом, несмотря на краткость такого описания, оно охватывает широкий круг явлений.
Эти четыре параметра имеют размерность интенсивности; каждый параметр соответствует не мгновенной интенсивности, а интенсивности, усредненной по времени, практически необходимому для измерения. Такой вектор, хотя и состоит из четырех физически реальных параметров, является, конечно, математическим вектором. Он существует в четырехмерном математическом пространстве, а не в трехмерном физическом.
Следуя Перрену и Джонсу [353, 239], мы обозначим параметры через I, М, С п S. (Стокс пользовался обозначениями Л, В, С, Q, а Уолкер применял буквы /, Q, U, V) Четыре параметра представляют собой столбец- вектор
М
С・
Часто для экономии места вектор записывается в виде строки; при этом используются фигурные скобки, чтобы напомнить о том, что вектор в действительности является столбцом: {/, М, С, S}.
Важность записи параметров в определенном порядке станет понятной из гл. 8, где описывается применение вектора вместе с 4Х4-матрицами Мюллера.
Первый параметр, /, называется интенсивностью. Параметры М, С и S называются соответственно параметром преимущественной горизонтальной поляризации, параметром преимущественной поляризации под углом + 45° и параметром преимущественной правоциркулярной поляризации. Когда параметр имеет отрицательную
величину, это значит, что преимущественной является ортогональная форма поляризации; так, например, если параметр S имеет величину ——0,5, то форма поляризации ближе к левоциркулярной,чем к правоциркулярной.
Определения. Хотя упомянутые параметры можно определить с помощью электромагнитной теории, мы предпочитаем дать определение, основанное на следующих мысленных экспериментах. Такое определение является более конкретным и удобным и к тому же оно исторически возникло раньше [413]. ,
A 传 弓％
0°45°
Фиг. 9. Формы поляризации, создаваемой четырьмя фильтрами, применяемыми для определения четырех стоксовских параметров луча.
Фильтр 尸[ дает неполяризованный пучок, ^—линейно поляризованный под углом 0°, F8 — линейно поляризованный под углом 45°; F4 — правоциркулярно поляризованный пучок.
Для этой цели зададимся некоторым набором из четырех поляризационных фильтров. Вообще говоря, можно использовать целый ряд наборов, но мы специально выберем группу из четырех фильтров F^ F2> 尸小 F4, обладающую следующими свойствами. Каждый фильтр пропускает 0,5 интенсивности падающего непо- ляризованного света и ориентирован таким образом, что его поверхности вертикальны и перпендикулярны лучу. Фильтр 尸1 одинаково влияет на любой падающий луч, независимо от его поляризации, иначе говоря Fi обла、 дает изотропными свойствами. Фильтр F2 непрозрачен для падающего света с вертикальным направлением электрических колебаний,尸3 полностью поглощает свет, поляризованный под —45°, F4 не пропускает левоциркулярный свет.
Таким образом, набор состоит из следующих фильтров: неполяризующего, поляризующего линейно горизонт
тально, линейно под +45° и правоциркулярно, как показано на фиг. 9.
В комбинации с этими устройствами применяется детектор, нечувствительный к поляризации и калиброванный по интенсивности или, точнее, по мощности. Площадь его должна быть не меньше поперечного сечения исследуемого пучка.
Метод заключается в том, что на пути луча помещают детектор; после этого последовательно вводят каждый из четырех фильтров, отмечают четыре показания детектора и умножают каждую величину на 1/0,5. Из четырех полученных значений Vi, %,丿з и Р4 (не следует их путать с обозначениями степени поляризации) мы рассчитываем четыре параметра следующим образом:
/=%,
M=V2-Vv
5=匕一%.
Метод определения параметров с помощью электромагнитной теории описан Уолкером [437]. Трудность заключается в том, что свет, с одной стороны, должен быть достаточно монохроматичным, чтобы в любой момент существовал определенный фазовый угол у между мгновенными скалярными компонентами ах и ау электрического поля, а с другой стороны ——достаточно немо- нохроматичным, чтобы было возможно неполяризован- ное состояние. (Угол у определяется так, что при n>Y>0 направление вращения правое, а при —л<у<0 —левое.)
В этом случае справедливы следующие выражения (угловые скобки обозначают усреднение по времени):
/ =〈。廿吩m=〈叱一。力，С =〈2g勾 cos y),S =(2%勾 sin y〉.
Как и раньше, все четыре параметра имеют размерность интенсивности, а параметры М, С и S могут быть положительными, отрицательными или равными нулю.
Нормированные параметры. Часто нас интересуют только относительные величины. Тогда мы делим все параметры на первый, чтобы получить нормированные параметры. Таким образом, первоначальный вектор {4; 0; 2; 0} становится нормированным вектором {1; 0; &5; 0}.
Типичные векторы. С помощью определений, основанных на электромагнитной теории, легко рассчитать различные наиболее интересные векторы. '
Например, рассмотрим неполяризованный ' свет. В этом случае средние по времени значения компонент аЖ и ау равны, так что 〈叱+ 琢)=〈2磋〉，〈庭一"〉=0. Множитель cos у не зависит от произведения ахау; таким образом, величина (ахау cos у) также равна нулю. То же относится к (ахау sin у). Следовательно, неполяризованный свет описывается вектором {2〃孑，0, 0, 0}, или нормированным вектором {1, 0, 0, 0}. Аналогичным способом легко показать, что горизонтально поляризованный луч имеет вектор {а% а", 0, 0), или нормированный вектор {1, 1, 0, 0}. Без больших усилий можно вычислить векторы Стокса для различных форм полностью поляризованного света. В табл. 1 (стр. 32) приведены эти векторы.
Ни один параметр не может быть больше первого (/). Остальные лежат в интервале от —/ до +/. Если пучок полностью неполяризован, то A1=C = S = O. Если же он полностью поляризован, то (M2 + C2+S2)^ = L Если степень поляризации равна 匕 то (М2 + С2 + S2)V2// = у.
Параметр М положителен, если форма поляризации ближе к линейной горизонтальной, чем к вертикальной; отрицателен, если форма ближе к линейной вертикаль^ ной, и равен нулю, когда нет преимущественного направления, как, например, в случае циркулярной формы поляризации или эллиптической с главной осью эллипса,
наклоненной под ±45°. Параметр С положителен для форм поляризации, близких к направлению +45°, и отрицателен для форм, близких к направлению ——45°. Параметр S положителен для правоциркулярных форм поляризации, отрицателен для левоциркулярных форм и равен нулю для всех линейных форм.
Ортогонально поляризованные пучки единичной интенсивности имеют векторы Стокса, различающиеся только знаком второго, третьего и четвертого параметров; например, лучи {1; 0,6; 0; 0,8} и {1; —0,6; 0; —0,8} ортогонально поляризованы.
Принцип оптической эквивалентности. С помощью введенного вектора Стокс сформулировал «принцип оптической эквивалентности» [413]. В соответствии с этим принципом, лучи, которые имеют одинаковые векторы Стокса, являются неразличимыми по интенсивности, степени поляризации и по форме поляризации.
Иногда в иной формулировке этого принципа утверждают, что пучки, имеющие одинаковый вектор Стокса, неразличимы. Такая формулировка неточна, она не годится даже для случая, когда два пучка имеют одинаковый спектральный состав и одинаковую геометрию, так как они могут различаться по фазе, и тогда, пользуясь интерференционным методом, описанным Лангсдорфом и Дубриджем [286], можно различить эти два пучка.
Применения. Проще всего применять вектор Стокса при сложении пучков. При сложении некогерентных пучков 1 и 2 вектор суммарного пучка с находится сложением двух векторов исходных пучков:
4=/1+厶,
МС = МХ + М2.
e = & +e2，
S。= S] + S2.
Пример. Если два первоначальных пучка имеют векторы {3, 1, 1, —2} и {4, 0, 0, 4}, то суммарный вектор 6「 Дет {7, 1, 1, 2}.
Так как лучи от различных участков большинства источников некогерентны, то вектор Стокса вполне может быть применен при сложении пучков, испускаемых различными участками источника. (Если лучи когерентны или частично когерентны, то метод неприменим или применим с соблюдением определенных мер предосторожности.) Панчаратнам, например, с успехом использовал вектор Стокса при исследовании интерференции частично когерентных лучей (см. библиографию). Исследователи, имеющие дело с когерентными пучками, обычно предпочитают расчеты по методу Джонса. •
Вероятно, наиболее важное значение имеет применение вектора Стокса при расчетах по методу Мюллера (см. гл. 8), которые дают возможность легко рассчитать изменения интенсивности и поляризации пучка при его прохождении через поляризаторы, устройства, сдвигающие фазу, и рассеивающие среды.
Вектор Стокса полностью поляризованного луча тесно связан с представлением в виде сферы Пуанкаре. Рассмотрим четыре параметра:
/ =无十%
?И =无一%С1— 2axа“ cos %S = 2axays\ny.
Как мы уже видели, I2=M2 + C2 + S2. Следовательно, первый параметр можно принять за радиус сферы, а другие три считать декартовыми координатами точки на сфере. Декартова ось, соответствующая второму параметру М = ^ —竹)，связана с горизонтальной поляризацией, так как для данного / величина (а：——а^) максимальна при 旬=0. Подобным же образом оси, соответствующие двум оставшимся параметрам, представляют собой оси У и Z. В целом параметры М, С ^ S для полностью поляризованного луча соответствуют величинам X, У и Z, используемым в представлении луча с помощью сферы Пуанкаре.
ВЕКТОР ДЖОНСА
Вектор Джонса, введенный Джонсом в 1941 г. [239], описывает поляризованный луч с максимальной алгебраической краткостью и чрезвычайно удобен при решении тех задач, в которых важно учитывать фазовые соотношения между пучками. В настоящем параграфе дается определение вектора Джонса, приводятся его простейшие формы и устанавливается его связь с другими способами описания поляризованного света. Показано также применение этого вектора в случае сложения поляризованных лучей, имеющих разную форму поляризации и разное соотношение фаз. (Применение вектора к прохождению света через поляризаторы и фазовые пластинки описывается в гл. 8.)
Вектор Джонса представляет собой столбец из двух элементов, который описывает форму поляризации пучка и амплитуду компонент в некоторой точке луча. Если свет распространяется вдоль оси 2, то вектор имеет общую форму
т,или L n Jт,или L n J-Еу _-Еу _илиилиА/ ®+ 2Z)卜А/ ®+ 2Z)卜
т
,или L n J
т
,или L n J
-Еу _
-Еу _
или
или
А/ ®+ 2Z)卜
А/ ®+ 2Z)卜
где £х и Еу — скалярные компоненты электрического вектора в определенный момент вдоль осей X и Y, Ах —— максимальная величина Е%, а Ау — максимальная величина Еу； параметр ех — фаза компоненты Ех в момент времени / = 0 в заданной точке;加一фаза компоненты Еу. (Как и в гл. 1, буква R используется для обозначения arc tgAy/Ax.) Вообще говоря, каждый элемент столбца является комплексной величиной.
^/2nv/^/2nv/Мы можем привести вектор к следующей эквивалентной форме:
^/2nv/
^/2nv/
Так как абсолютная величина любого члена вида еш равна единице, то абсолютное значение множителя
ct2jtvt тоже равно единице. Следовательно, этот коэффициент вполне можно опустить при решении тех задач, в которых не существен характер изменений во времени. В большинстве задач такого типа вектор Джонса часто записывается в следующей форме, называемой полным вектором Джонса:
Очевидно, что если изменения во времени существенны, то параметр ei2nvt можно снова ввести на любой стадии расчета.
В некоторых случаях полный вектор может быть упрощен еще больше. Рассмотрим горизонтально поляризованный свет; здесь 4^ = 0, и вектор записывается как
Для света, линейно поляризованного под 45°, значения Ах и Ау равны, величины ех и еу тоже равны, и вектор принимает вид
Для правоциркулярно поляризованного света АХ = АУ н ¥ = £“一ех = л/2; следовательно, вектор запишется как
В табл. 1 приведены полные векторы Джонса для различных форм поляризации..
Интенсивность пучка. Интенсивность пучка пропорциональна сумме квадратов амплитуд отдельных элементов. Если единицы интенсивности и амплитуды выбранм
так, что коэффициент пропорциональности равен еди^ нице, то соотношение будет таким:
/ = / + 4・
Стандартный нормированный вектор Джонса. Всякий полный вектор можно преобразовать к стандартной нормированной форме, умножая его на некоторый скаляр (обычно комплексный), в результате чего интенсивность приводится к единице, а вектор — к простейшей форме. Этот процесс называется нормированием. Ниже приводятся примеры ненормированного и нормированного векторов.
Ненормированная формаНенормированная формаСтандартная нормирован-ная форма[J]目:]Стандартная нормирован-ная форма[J]目:]
Ненормированная форма
Ненормированная форма
Стандартная нормирован-ная форма
[J]
目:]
Стандартная нормирован-ная форма
[J]
目:]
В табл. 1 приведены стандартные нормированные векторы для различных форм поляризации света.
Если нормированный вектор Джонса обозначить через I , то вектор ортогонально поляризованного луча Г—产1
есть I * , где звездочка означает комплексное сопряжение. Так, например, следующие две формы являются ортогональными:
ИнтерпретацияИнтерпретациявектора Джонса. Формы поляриза-
Интерпретация
Интерпретация
ции, соответствующие определенным векторам Джонса,
можно записать следующим образом:
Значения Ек и ЕуЕ* # 0, Еу = ОЕ* = 0, Еу 声 ОДг 卢。，与 ¥= О, Е* = Е?Е* 片 0, Еу * О, Ех = — ЕуЗначения Ек и ЕуЕ* # 0, Еу = ОЕ* = 0, Еу 声 ОДг 卢。，与 ¥= О, Е* = Е?Е* 片 0, Еу * О, Ех = — ЕуОбщий случайОбщий случайФорма поляризацииЛинейная, а = 0°Линейная, а = 90°Линейная, а = 45°Линейная, а =——45°Правая циркулярная^Левая циркулярнаяЭллиптическая, см. ниже.Форма поляризацииЛинейная, а = 0°Линейная, а = 90°Линейная, а = 45°Линейная, а =——45°Правая циркулярная^Левая циркулярнаяЭллиптическая, см. ниже.
Значения Ек и Еу
Е* # 0, Еу = О
Е* = 0, Еу 声 О
Дг 卢。，与 ¥= О, Е* = Е?
Е* 片 0, Еу * О, Ех = — Еу
Значения Ек и Еу
Е* # 0, Еу = О
Е* = 0, Еу 声 О
Дг 卢。，与 ¥= О, Е* = Е?
Е* 片 0, Еу * О, Ех = — Еу
Общий случай
Общий случай
Форма поляризации
Линейная, а = 0°
Линейная, а = 90°
Линейная, а = 45°
Линейная, а =——45°
Правая циркулярная^
Левая циркулярная
Эллиптическая, см. ниже.
Форма поляризации
Линейная, а = 0°
Линейная, а = 90°
Линейная, а = 45°
Линейная, а =——45°
Правая циркулярная^
Левая циркулярная
Эллиптическая, см. ниже.
Когда вектор не соответствует ни одному из этих простых случаев, то применяется следующая процедура из трех этапов. Первый этап ——приведение к форме полного вектора Джонса:
Так, если имеется вектор
「0,3/
_ 0,5层(- 02
то в первом элементе i заменяется на эквивалентную величину ем：,•
Г ОЗ” '
[о,5е〃-о,2) ■
Второй этап ——вычисление углов R и у, определенных в предыдущей главе [R=|arctg (Лу/Ах)\, 丫=⑸—gx)]. В нашем примере
/? = I arc tg-g | = 59,0о,
Y = (—0,2—}г)=—1,77 2a0= -101。.
Третий этап заключается в применении следующих правил: если sin у>0, то мы имеем эллипс с правым вращением, если sin у<0, то эллипс с левым вращением.
Азимут а главной оси определяется выражением:
а = у arc tg [(tg 2R) (cos y)];
эллиптичность
AgB， где
p = y arc sin (sin 27? | sin у |).
Применяя эти правила к нашему примеру, получаем следующее: sin у<0, т. е. мы имеем результирующий эллипс с левым вращением:
12121 -2 1 -2---- а 012121 -2 1 -2---- а 0arctg [tg 118° cos (—101°)]== arc tg 0,37 = 10°,
12121 -2 1 -2
---- а 0
12121 -2 1 -2
---- а 0
arc sin [sin 118° | sin (— ЮГ) | ]—
Используя вектор Джонса, легче вычислить результат сложения двух когерентных пучков полностью поляризованного света. Для этого записывают два полных вектора, соответствующих заданным формам поляризации, интенсивностям и фазам; затем эти векторы складывают.
Рассмотрим, например, результат сложения двух линейно поляризованных лучей, один из которых поляризован горизонтально, а другой вертикально. Пусть каждый пучок имеет интенсивность, равную трем единицам и пусть вертикально поляризованный пучок опережает
по фазе горизонтальный на 90°. Два полных вектора будут иметь вид
Г 0%L оГ 0%L оо修…+9°°)о修…+9°°)а их сумма.宀5°)а их сумма.宀5°)= U3e'(%+9°°)= U3e'(%+9°°)«-/(90。)1«-/(90。)1))
Г 0%
L о
Г 0%
L о
о
修…+9°°)
о
修…+9°°)
а их сумма
.宀5°)
а их сумма
.宀5°)
= U3e'(%+9°°)
= U3e'(%+9°°)
«-/(90。)
1
«-/(90。)
1
)
)
По табл. 1 можно определить, что последнее выражение соответствует пучку, который имеет правую циркулярную поляризацию и интенсивность 2 ()/3)= 6.
Наиболее важное применение рассматриваемый вектор находит в расчетах по методу Джонса — самому краткому алгебраическому методу расчета характеристик, которыми будет обладать полностью поляризованный луч после прохождения через ряд идеальных фазовых пластинок и поляризаторов. Другие применения вектора обсуждаются Рамачандраном и Рамасешаном [369].
КВАНТОВОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
Большая часть вопросов, возникающих при изучении поляризаторов и поляризованного света, решается без привлечения квантовой механики. Однако интересна связь между квантовомеханическим представлением и другими более общепринятыми описаниями, рассмотренными в предыдущих параграфах. Эта связь обсуждается в работах Джоха и Рорлиха [226], Фано [139, 140] и Макмастера [306].
С квантовомеханической точки зрения пучок полностью поляризованного монохроматического света состоит из одинаковых фотонов, которые находятся в одинаковом состоянии (чистое состояние) и имеют одинаковую волновую функцию. Это справедливо не только для линейно поляризованного света, но и для циркулярно
или эллиптически поляризованного света. Применяемые волновые функции, конечно, различны для каждого типа поляризации. Вообще говоря, ни один тип поляризации не является преимущественным или более простым, чем другие, но если иметь дело со спиновыми операторами, то легче всего определить право- и левоциркулярно поляризованные фотоны.
Даже неполяризованный (монохроматический) пучок с квантовомеханической точки зрения состоит из одинаковых фотонов, имеющих одну и ту же волновую функцию. Однако эта волновая функция соответствует смешанному состоянию, т. е. некогерентной комбинации, описываемой выражением.
I 叫11 16屮21 •
Если же мы рассматриваем общее чистое состояние (представляющее собой общий случай эллиптической поляризации и являющееся когерентной комбинацией), то волновая функция имеет вид
I ^i + 她 I •
Утверждение о том, что все фотоны неполяризован- ного пучка идентичны, может на первый взгляд показаться парадоксальным, но оно находится в согласии с тем важным экспериментальным фактом, что наше априорное предположение относительно поведения любого одного фотона (из данного неполяризованного пучка) справедливо и для любого другого фотона этого пучка. Иными словами, оно находится в согласии с тем фактом, что неполяризованный пучок не несет информации о своей истории, т. е. о том, возник ли он в результате некогерентной комбинации двух ортогональных линейно поляризованных форм, двух ортогональных циркулярных форм, двух ортогональных эллиптических форм или другим более сложным путем.
Вектор Стокса тоже не отражает предысторию данного луча, а его параметры имеют вероятностный характер. Следовательно, он тесно связан с квантовомеханическим описанием света. Действительно, вектор
Стокса служит своего рода мостом между классической и квантовомеханической теориями света; см., например, монографии Макмастера [303, 306].
ТЕРМОДИНАМИКА И ЭНТРОПИЯ
Согласно Планку [358, 359], полностью поляризованному почти монохроматическому лучу данной интенсивности можно приписать определенное значение температуры и потока энтропии. Если луч только частично поляризован, то он имеет две температуры, так как преобладающей и минимальной компонентам, определение которых было дано в гл. 1, § 5, должна быть приписана разная температура. Поток энтропии в этом случае тоже имеет два значения. Если луч полностью ыеполяризован, то обе температуры и оба потока энтропии равны между собой. (Если луч полностью поляризован, то мы можем сказать, что существует две температуры, причем одна из них равна нулю; аналогично мы можем сказать, что существует два потока энтропии, один из которых равен нулю.)
Температура, соответствующая лучу полностью поляризованного света с длиной волны 500 ммк и определенной мощностью, выше, чем температура любой из компонент луча неполяризованного света с той же мощностью и длиной волны, имеющего ту же ширину и угловую апертуру. Поток энтропии поляризованного луча меньше, чем сумма потоков энтропии двух компонент неполяризованного луча. Конечно, температура и поток энтропии полностью поляризованного луча не зависят от формы поляризации.
Более подробно этот вопрос рассматривается Борном [52], Джонсом [248], Ором [339] и Розеном [379]. Связь поляризации света с общей теорией относительности рассмотрена Мариотом [314].
33ПОЛЯРИЗАТОРЫ. ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
3
3
ВВЕДЕНИЕ
Существует несколько способов непосредственного получения поляризованного света без помощи поляризатора; эти способы основаны на использовании эффекта Штарка, эффекта Зеемана, скользящего выхода лучей, поляризованного теплового излучения, поляризованной флуоресценции, эффекта Вавилова — Черенкова и некоторых других явлений. В приложении 1 эти методы описываются более подробно. Большинство из них на практике для создания поляризованного света не применяются.
Обычно для получения поляризованного света непо- ляризованное излучение какого-либо источника пропускают через поляризатор, который, не изменяя одну компоненту, устраняет другую, ортогональную компоненту.
В настоящей главе приводится классификация поляризаторов и описываются их основные характеристики. Это описание должно учитывать двоякую роль, которую может играть поляризатор: во-первых, он может создавать поляризацию (как поляризатор), во-вторых, служить для обнаружения поляризации (как анализатор).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛЯРИЗАТОРА
Поляризатором называется оптическое устройство, которое преобразует проходящий через него естественный свет в поляризованный. В зависимости от типа создаваемой поляризации поляризатор называется линейным, циркулярным или эллиптическим.
Некоторые поляризаторы состоят из одного однородного слоя н называются гомогенными. Другие, состоя-
щие из нескольких различных слоев, называются негомогенными, или многослойными. Негомогенный поляризатор может одновременно принадлежать к двум различным классам в зависимости от того, какой поверхностью он обращен к падающему свету. Американская промышленность выпускает циркулярные поляризаторы CP-HN-38, состоящие из двух слоев: а) линейно поляризующий слой и б) слой, действующий как линейная фазовая пластинка (этот слой дает определенный сдвиг фаз и имеет определенную ориентацию). Если свет вначале проходит сквозь слой《а》，а потом сквозь слой «6》, то пучок приобретает циркулярную поляризацию. Если же свет падает вначале на《6》，а потом проходит сквозь «а》， то вышедший пучок будет поляризован линейно. Кроме такой линейно-циркулярной комбинации, могут быть сконструнрованн другие двухслойные поляризаторы, обладающие двойной функцией, например линейноэллиптические. Используя три слоя, можно получить право- и левоциркулярную комбинацию или 0——45°-ли- нейную комбинацию. -
Поляризатор с переменным направлением оси представляет собой мозаичное устройство, каждый элемент которого имеет свою ориентацию и является линейным поляризатором.
Спектрально селективный поляризатор — это поляризатор, свойства которого меняются с изменением длины волны. Если избирательность имеет место в видимой части спектра, то поляризатор называется цветным. В зависимости от того, для чего предназначен поляризатор—для регулировки оттенка или насыщенности цвета,—его называют поляризатором, меняющим оттенок, или поляризатором, меняющим насыщенность. Поляризаторы, не обладающие спектральной избирательностью, называются ахроматическими, или нейтральными.
Поляризаторами пленочного типа (поляроидами) мы будем называть такие поляризаторы, толщина которых пренебрежимо мала по сравнению с размерами их поверхности. Джонс [246] предложил называть шпатовыми поляризаторы, сохраняющие неизменными площадь
поперечного сечения, угловую расходимость и спектральное распределение пучка.
Поляроид, помещенный между защитными пластинками из стекла или пластмассы, называется пластинчатым поляризатором.
Большинство поляризаторов могут несколько депо- ляризовывать пучок. Одной из наиболее часто встречающихся причин деполяризации является рассеяние, которое во многих поляризаторах довольно значительно. Кроме того, причинами деполяризации могут быть косое отражение, краевые эффекты и возникающие внутренние натяжения. «Деполяризующим поляризатором» можно назвать такой поляризатор, который хотя и увеличивает степень поляризации естественного луча, но снижает степень поляризации луча, уже имеющего 100%-ную поляризацию. Деполяризующая способность большинства высококачественных поляризаторов настолько мала, что ею можно пренебречь. (Многие закономерности, которым подчиняются поляризаторы, справедливы только при условии, что обусловленная ими деполяризация незначительна.)
Устройство, разделяющее поляризованные лучи, является, конечно, поляризатором. Оно обычно разделяет луч на две ортогонально поляризованные компоненты.
Фазовая пластинка служит преобразователем формы поляризации, но сама не представляет собой поляризатор (фазовые пластинки подробно обсуждаются в гл. 7).
ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ, НА КОТОРЫХ ОСНОВАНА РАБОТА ПОЛЯРИЗАТОРОВ
Действие поляризатора состоит в том, что он разделяет первоначальный пучок на две компоненты, ортогональные по форме поляризации, пропускает одну компоненту и поглощает или отклоняет другую. Существуют четыре явления, обусловливающие этот процесс: дихроизм, двойное преломление, отражение и рассеяние, причем дихроизм играет наиболее существенную роль. Большинство изготавливаемых в настоящее время поля-
ризаторов являются дихроичными. Дихроичный поляризатор преимущественно пропускает одну форму поляризации и поглощает ортогональную с ней форму. Поскольку последняя форма ликвидируется самим поляризатором, нет надобности в дополнительных диафрагмах или поглощающих поверхностях. Поляроид J-типа, первый из известных пленочных дихроичных поляризаторов, состоит из ориентированных дихроичных микрокристаллов и известен под названием микрокристаллического поляроида. Поляроиды Н-типа и различные другие современные типы поляроидов состоят из дихроичных молекул—длинных тонких молекул, выстроенных в ряд; такие поляризаторы называются молекулярными. Дихроичные поляризаторы подробно описаны в гл. 4.
Типичный двупреломляющий поляризатор состоит из двух склеенных вместе призм из исландского шпата. Такая комбинация разделяет падающий луч на две компоненты, пропускает одну и полностью отражает другую в сторону зачерненной поверхности. Наиболее известна призма, изобретенная в 1828 г. Уильямом Николем [334]; она все еще применяется в некоторых специальных случаях, хотя в основном используются более совершенные устройства. Такие поляризаторы описаны в гл. 5.
Отражение играет основную роль в некоторых естественных поляризационных процессах, а также в одном известном типе инфракрасного поляризатора. Когда пучок неполяризованного света, распространяющийся в воздухе или в вакууме, отражается под некоторым углом от поверхности стеклянной пластинки или от матовой поверхности диэлектрика, отраженный луч в некоторой степени поляризуется. Подбирая соответствующий угол падения и варьируя число пластинок, можно сделать отражательный поляризатор, который работает в широкой спектральной области.
Свет может поляризоваться и в результате рассеяния. Именно рассеянием объясняется поляризация излучения голубого неба. Рентгеновские и у-лучи могут быть поляризованы рассеивающим поляризатором. Поляризаторы, в которых используются явления отражения и рассеяния, обсуждаются в гл. 6.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЛИНЕЙНОГО ПОЛЯРИЗАТОРА
Здесь мы будем рассматривать параметры линейного поляризатора, относящиеся не к свойствам вещества, из которого сделан поляризатор, а к общим свойствам поляризатора в целом.
У линейного поляризатора гомогенного типа входной поверхностью можно считать любую поверхность. Практически лишь немногие поляризаторы абсолютно гомогенны, следовательно, обе поверхности не эквивалентны. Например, одна поверхность может давать небольшое рассеяние или небольшой сдвиг фаз, обусловленный натяжением в стекле или в склеивающем веществе. Мы будем называть основной ту выходную поверхность, при выходе через которую пучок будет иметь наибольшую степень поляризации. Обычно будет предполагаться, что применяется такая ориентация поляризатора, при которой основная поверхность является выходной, когда поляризатор используется для создания поляризации, и входной, когда поляризатор используется в качестве анализатора.
Одним из основных параметров поляризатора является его поляризующая способность Р [40], т. е. степень поляризации, создаваемая поляризатором в том случае, когда падающий луч неполяризован. (Степень поляризации V является свойством луча, как указывалось в гл. 1; поляризующая способность есть свойство поляризатора. Если луч, падающий на поляризатор, уже частично поляризован, то степень поляризации выходящего луча будет отличаться от поляризующей способности поляризатора.)
Наиболее важными параметрами линейного поляризатора являются два главных пропускания; наибольшее главное пропускание 財 и наименьшее главное пропускание 々2・ Параметр 々〕определяется [281, 456] как отношение прошедшей интенсивности к падающей интенсивности для случая, когда падающий луч линейно поляризован под азимутом, соответствующим максимальному пропусканию. Соответствующее отношение для мини-
мального пропускания обозначается через k2. Значение 々1 для высококачественного поляризатора может быть почти равно единице, а значение 局 близко к нулю.
Отношение /^/々2, обозначаемое через R±, называется отношением главных пропусканий. Для высококачественного поляризатора Rt может достигать значения 105 для середины спектральной области, в которой работает поляризатор [20]. Часто исследователи предпочитают иметь дело с величинами 々】и k2t исправленными на потери на отражение от поверхности. Величина потерь обычно не превышает 4% на каждую поверхность.
Иногда применяется выражение интенсивность пропускания. При расчетах по методу Джонса часто приходится сталкиваться с величинами 了自 и Уk^ которые обозначаются символами pi и р2 H называются наибольшей и наименьшей амплитудами пропускания.
Вместо понятия главного пропускания можно пользоваться понятием главной оптической плотности. Наибольшая и наименьшая главные оптические плотности обозначаются через d【и d? и определяются соответственно как 1g (1/初 и lg (1 优2). Отношение 厶他 называется отношением главных оптических плотностей Rd. В случае поляризатора дихроичного типа эту величину называют дихроичным отношением, а разность плотностей °d= (^2 ——di) может быть названа абсолютной величиной дихроичности.
Отношение главных пропусканий Rt играет наиболее важную роль при использовании поляризатора, так как в большинстве практических случаев оно соответствует отношению интенсивностей желательной и нежелательной компонент выходящего луча. Исследователи, занимающиеся поисками новых дихроичных красителей, пользуются обычно отношением главных оптических плотностей Rd, так как оно почти не зависит от поверхностной концентрации дихроичного красителя и отображает свойства самого красителя. Значение Rd от 30 до 50 считается превосходным, а значение ниже 5 или 10 рассматривается обычно как неудовлетворительное.
Среднее значение главных пропусканий называется полным пропусканием и обозначается 々入 Таким образом,
々方=1/2(比+ 力2)・ Очевидно, kt представляет собой отношение интенсивности прошедшего луча к интенсивности падающего в том случае, когда падающий луч не- поляризован. Если же падающий луч поляризован, то отношение интенсивности прошедшего света к интенсивности падающего (называемое истинным пропусканием) будет отличаться от %. В то время как величина kt является константой поляризатора, истинное пропускание непостоянно и зависит не только от поляризатора, но также и от поляризации падающего луча.
Фиг. 10. Ось пропускания ЛА линейного поляризатора, помещенного на пути луча, распространяющегося вдоль положительного направления оси Z
6 — азимут оси пропускания.
Величина Gd = k2l(^1 + ^2) называется поляризационным дефектом поляризатора [394] и является мерой недостатков его изготовления.
Направление оси пропускания линейного поляризатора определяется с помощью луча линейно поляризованного света, который падает нормально на основную поверхность поляризатора. Направление, которое должен иметь вектор электрических колебаний, чтобы истинное пропускание было максимальным, и определяет направление оси пропускания. Очевидно, что эта ось представляет собой направление, а не конкретную линию; для удобства ее обычно изображают прямой, проходящей через центр поляризатора, как показано на фиг. 10. Для определения направления оси пропускания обычно предполагают, что поляризатор расположен на пути пучка света, распространяющегося горизонтально в положительном направлении оси Z; ось X горизонтальна, ось У вертикальна； источник расположен в начале
координат, а наблюдатель смотрит из удаленной точки на оси Z в направлении поляризатора и источника света. Азимут оси пропускания определяется углом 0, измеряемым против часовой стрелки от оси X.
Данные выше определения применимы в том случае, когда падающий свет монохроматичен или почти моно- хроматичен. Как правило, источник излучает широкую полосу длин волн, а используемый приемник также чувствителен в широкой полосе. В таких случаях пет единственного и простого метода описания; необходимо рассматривать каждую длину волны в отдельности и затем комбинировать результаты, если, конечно, это имеет смысл. С изменением длины волны изменяются почти все свойства поляризатора. Например, могут меняться выбор основной поверхности, ось пропускания, главные пропускания. Одиако большинство изготавливаемых промышленностью линейных поляризаторов сохраняет удивительное постоянство большинства свойств в довольно широкой спектральной области.
В некоторых случаях при широкой спектральной полосе параметры поляризаторов могут быть определены стандартным способом. Это справедливо, например, для общего пропускания kt. Пусть, например, источником служит лампа дневного света, а детектором — средний человеческий глаз; в этом случае общее световое пропускание 8 видимой области может быть записано следующим образом:
/ Fa gFb (大)kt (^) dX
где 九——длина волны в вакууме, Fa — функция, учитывающая кривую спектрального распределения излучения лампы, Fb — функция, учитывающая спектральную чувствительность глаза (подробнее см. [338]). Интегрирование производится по всему видимому спектру.
Другим «широкополосным» параметром является величина kvx—пропускание двух скрещенных одинаковых поляризаторов в видимой области. Этот параметр
может быть выражен через отношение тех же интегралов, что и выше, с той лишь разницей, что величина 力力(九) должна быть заменена на произведение 自(九)局(А).
ПАРАМЕТРЫ ПАРЫ ОДИНАКОВЫХ ПОЛЯРИЗАТОРОВ
Поляризаторы часто используются и испытываются попарно, поэтому необходимо ввести параметры для характеристики этих пар. Пропускание параллельной пары, обозначаемое "о, есть отношение интенсивностей прошедшего и падающего лучей неполяризованного монохроматического света, если а) два одинаковых поляризатора сложены вместе основными поверхностями внутрь и б) второй поляризатор ориентирован относительно первого таким образом, что общее пропускание их максимально. Пропусканием скрещенной пары //90 называется аналогичное отношение, полученное при таком повороте одного из поляризаторов, когда пропускание их становится минимальным.
Символы Go и G9o применяются соответственно для обозначения оптической плотности параллельной и скрещенной пары: Go=lg( 1/儿)，a G9O=lg(l///9o)-
Если два идентичных поляризатора являются идеальными, гомогенными и недеполяризующими, то легко установить соотношение между feb 々2, "о и "90. Как показали Вест и Джонс ［456］,
Д)= Y (届十働
Hg =力］局，
自=4 M引("° + "J，+ ("° - %产］,
^2 = 4/2 ［例 + 优产一(4 一 "9)产］.
Во многих случаях 局 много меньше чем 自(и "90 много меньше %), так что можно существенно упростить уравнения без заметного снижения точности.
Закон Малюса. Когда луч неполяризованного монохроматического света проходит сквозь два линейных
поляризатора, установленных друг за другом, то пропускание зависит, конечно, от угла между осями пропускания двух поляризаторов 6, называемого углом скре- щенности. Если каждый поляризатор является гомогенным и имеет параметры 自=1 и 局=0 (и следовательно, "о = О,5, "90 = 0), то соотношение между пропусканием пары и углом между осями будет иметь вид
//(0) = 0,5 cos2 0.
Этот закон, открытый Малюсом, является важнейшим при работе с поляризаторами. (Если луч света, имеющий 100%-ную линейную поляризацию, входит в идеальный поляризатор, ориентированный под углом 6 относительно направления колебаний электрического вектора падающего пучка, то пропускание равно cos2 0.)
Если неполяризованный свет проходит через пару идентичных поляризаторов, для которых "° и "90 отличаются от предельных значений 0,5 и 0, то справедливо следующее выражение:
〃(8) = "9j + (%-"90)COS2e・
Если поляризаторы обладают деполяризующими свойствами или относятся к типу многослойных, то применяются более сложные соотношения (см. гл. 8).
Обычно предполагается, что свет, направляемый на поляризатор, падает перпендикулярно к его поверхности. Если он падает наклонно, то возникают различные эффекты наклонного падения. Бакстер [21] показал, что эти эффекты в дихроичном поляризаторе типа HN-22 малы, если угол падения меньше 30°. Для обычного двупре- ломляющего поляризатора указанные эффекты более существенны (Гросмюллер [165]; см. также Хаазе [170]),
ЦИРКУЛЯРНЫЕ И ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
Циркулярные поляризаторы могут быть либо правовращающими, либо левовращающими, т. е. создавать либо правоциркулярно, либо левоциркулярно поляризованный свет, ~
Как показано в гл. 7, циркулярные поляризаторы можно создать простой комбинацией двух слоев (линейного поляризатора и линейной пластинки, сдвигающей фазу на 90°). Очевидно, что в этом случае особенно существен выбор основной поверхности. Основной поверхностью является поверхность, расположенная со стороны пластинки, сдвигающей фазу, а не со стороны линейного поляризатора. Эта поверхность должна быть выходной, если мы хотим, чтобы прошедший пучок обладал циркулярной поляризацией.
Если гомогенный циркулярный поляризатор в принципе не имеет преимущественного направления (поперечного) ,то негомогенный циркулярный поляризатор может обладать некоторым преимущественным направлением. Преимущественное направление возникает в том случае, когда фазовая пластинка дает несоответствующий сдвиг фаз или установлена по отношению к линейному поляризатору так, что азимутальный угол имеет неправильную величину. Поэтому часто желательно дополнительно указывать ось пропускания линейно поляризующего слоя или ось наибольшей скорости фазовой пластинки (см. гл. 5, § 2).
В случае циркулярного поляризатора 々〕представляет собой пропускание для падающего на основную поверхность циркулярно поляризованного пучка с таким направлением вращения, для которого пропускание больше; 々2 есть пропускание для такого направления вращения электрического вектора падающего пучка, при котором пропускание меньше. Как и внше,瓦=1/2(也 + 局).
Если циркулярный поляризатор применяется в паре с другим циркулярным поляризатором с такими же значениями fti и 々2, причем поляризаторы расположены так, что их основные поверхности обращены друг к другу, то результирующее пропускание можно назвать пропусканием пары, поляризаторов, соответствующие оси ко・ торых параллельны ("пар), или пропусканием пары поляризаторов, соответствующие оси которых ортогональны ("орт), в зависимости от того, являются ли оба поляризатора правыми (или левыми), или один из них правый, другой — левый.
Поляризатор общего типа превращает неполяризо- ванный пучок в эллиптически поляризованный. Такой поляризатор может состоять из одного или нескольких слоев； в последнем случае должна быть определена основная поверхность. Гомогенный поляризатор общего типа обычно характеризуют формой поляризации, которую имеет свет, выходящий из него, если падающий пучок был неполяризован. Форма поляризации определяется эллиптичностью, направлением вращения и азимутом главных полуосей (см., гл. 1) или с помощью вектора Стокса, представления в виде сферы Пуанкаре или вектора Джонса (см. гл. 2). Для поляризатора общего типа величины 自 и 局，а также соответствующие парные параметры могут быть определены по аналогии с линейным и циркулярным поляризаторами.
Некоторые специальные параметры. Циркулярные поляризаторы часто применяются для гашения света, отраженного перпендикулярно от гладкой поверхности S, не изменяющей поляризацию света и расположенной непосредственно за циркулярным поляризатором (см. гл. 9, § 8).
В сущности, этот поляризатор предназначен для того, чтобы гасить свет, совершивший путь «туда и обратно»—через поляризатор к поверхности S и назад сквозь поляризатор. Отношение светового потока, прошедшего такой путь, к падающему потоку может быть названо полным пропусканием на пути туда и обратно (%). Величина (1 —%) называется эффективностью гашения и обозначается Es. Отношение ktlkr можно назвать фактором улучшения системы в результате гашения зеркально отраженного света; это своего рода фактор добротности, учитывающий свет, прошедший путь в один конец (полезный), и свет, прошедший путь туда и обратно (бесполезный).
СОБСТВЕННЫЙ ВЕКТОР ПОЛЯРИЗАТОРА
В предыдущих параграфах мы классифицировали поляризаторы по форме поляризации вышедшего луча. При этом почти не уделялось внимания влиянию
поляризации падающего луча. Иногда это обстоятельство необходимо учитывать. Рассмотрим, например, типичный циркулярный поляризатор из двух слоев: линейно поляризующего слоя и слоя, сдвигающего фазу (см. гл. 7). Если падающий свет уже линейно поляризован, то интенсивность прошедшего пучка существенно зависит от выбора азимута колебаний падающего пучка. (Это утверждение, конечно, не относится к циркулярному поляризатору гомогенного типа: интенсивность прошедшего пучка не будет в этом случае зависеть от азимута колебаний падающего пучка.)
Чтобы охарактеризовать поляризатор с учетом его входных и выходных свойств, можно ввести понятие собственного вектора (при условии, что поляризатор не обладает деполяризующей способностью). Собственный вектор ——это форма поляризации, удовлетворяющая следующему условию: если падающий полностью поляризованный луч обладает этой формой, то выходящий луч имеет ту же форму поляризации. Рассмотрим, например, поляризатор, у которого величины 自 и й2 равны 0,9 н 0,1. Если ось пропускания горизонтальна, то собственные векторы поляризатора представляют собой горизонтальную линейную поляризацию и вертикальную линейную поляризацию; их можно назвать соответственно большим и малым собственными векторами. Если у поляризатора величина 左2 равна нулю, то имеется только один собственный вектор, а именно большой собственный вектор. Кусок прозрачного изотропного стекла имеет бесконечное множество собственных векторов.
Как установил Панчаратнам [346], тела, обладающие дихроизмом и циркулярным двупреломлением, могут иметь неортогональные собственные векторы.
Собственный вектор можно изобразить с помощью проекционной картины, а также с помощью сферы Пуанкаре, вектора Стокса или вектора Джонса (см. гл. 2).
Собственные векторы многослойных поляризаторов часто не соответствуют ни максимальному, ни минимальному истинному пропусканию. Рассмотрим, например, двухслойный поляризатор, состоящий из линейно поляризующих слоев 4 н В, оси пропускания которых
идут под углами 0 и 45° (фиг. 11). Предположим, что у каждого из слоев 力】=1 и 々2 = 0 и что ни тот, ни другой слой не вносит ни сдвига фаз, ни деполяризации. Тогда собственный вектор такой комбинации есть линейная поляризация под углом 45°, т. е. параллельно оси пропускания второго слоя (слоя В). Истинное пропускание по отношению к собственному вектору такой комбинации
Фиг. 11. Собственный вектор поляризатора, состоящего из линейно поляризующих слоев Л и В, оси которых расположены под углом 45° друг к другу.
У каждого из слоев ^j = l,0 и 々2=0. Падающий луч нормален к плоскости чертежа и сначала попадает на слой А.
будет 0,25, большая же величина (0,50) может быть достигнута, если колебания электрического вектора падающего пучка параллельны собственному вектору.
МАТРИЦЫ МЮЛЛЕРА И МАТРИЦЫ ДЖОНСА
Наиболее полным методом описания поляризатора является представление в виде 4х4-матрицы Мюллера, состоящей из 16 действительных элементов. С помощью такой матрицы можно описывать любой поляризатор, независимо от того, вносит ли он, кроме поляризации, сдвиг фаз или рассеяние и состоит ли он из одного слоя или из многих слоев. Если рассеяние отсутствует, то можно применять 2X2-матрицу Джонса.
В гл. 8 эти матрицы описаны подробно и показано, как их надо применять. Они особенно полезны в тех случаях, когда одновременно используются несколько поляризаторов, несколько фазовых пластинок или комбинация из поляризаторов и пластинок. Многие вопросы, которые раньше казались безнадежно сложными, легко решаются с помощью этих новых методов.
44ДИХРОИЧНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫДИХРОИЧНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
4
4
ДИХРОИЧНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
ДИХРОИЧНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Большинство имеющихся в продаже поляризаторов являются дихроичными, т. е. по-разному поглощают свет в зависимости от формы поляризации падающего луча.
В области колориметрического анализа в спектрофотометрии термин ^дихроичный'» имеет еще три различных смысла. Его применяют в тех случаях: 1) когда раствор красителя сильно меняет цвет при больших изменениях концентрации раствора; 2) когда цветной фильтр имеет две полосы пропускания в разных областях видимого спектра и, следовательно, может существенно менять свой цвет при изменении спектрального состава падающего на фильтр света; 3) когда интерференционный фильтр, рассматриваемый в прошедшем или отраженном свете, оказывается окрашенным в различные цвета. (Вероятно, во всех этих случаях больше подходит термин «дихроматический».) Применение термина «дихроичный» к анизотропно поглощающим телам восходит еще к прошлому столетию, когда этот термин было предложено применять для обозначения свойства различных анизотропных кристаллов менять цвет при рассматривании их через медленно вращающийся поляризатор.
В этой главе обсуждаются не физические причины дихроизма, а только те проявления его, которые играют важную роль в расчете и производстве линейных поляризаторов. Дихроичным циркулярным поляризаторам посвящена гл. 7, а причинам дихроизма — гл. 10; см. также обзор Веста [455].
ДИХРОИЗМ И АНИЗОТРОПИЯ ПОГЛОЩЕНИЯ
Большинство гомогенных тел не изотропно. Их поглощение, отражение, взаимодействие с рентгеновскими лучами и другие свойства зависят от направления, так что можно воспользоваться такими терминами, как «анизотропия поглощения», «анизотропия отражения» и т. п.
В этой главе рассматриваются анизотропно поглощающие тела, т. е. тела, обладающие дихроизмом. Пластинка, вырезанная из такого тела, разделяет наклонно падающий луч на две поляризованные компоненты и поглощает их в различной степени. Для простоты мы будем считать тело линейно дихроичным, т. е. выделяющим линейно поляризованные компоненты. (Мы предполагаем также, что поглощение в пластинке с толщиной порядка одной длины волны очень мало и что тело не рассеивает свет.) Необходимо подчеркнуть, что степень поглощения компоненты зависит от направления ее колебаний. Направление распространения луча не является определяющим. Действительно, лучи, имеющие одно и то же направление распространения, поглощаются в разной степени, если различно направление колебаний их электрического вектора. Если же направление колебаний одинаково, то поглощение тоже одинаково, даже когда направление распространения разное.
Тела, поглощающие излучение, обычно характеризуются коэффициентами поглощения или удельного поглощения. Коэффициент поглощения по определению есть 1g (/о//), где /0—интенсивность падающего пучка света, а / — интенсивность прошедшего пучка. Коэффициент удельного поглощения есть просто коэффициент поглощения на единицу длины пути, (1/L)lg(/O/^).
Термины и обозначения, используемые в дальнейшем, отличаются от применяемых другими авторами. Многие авторы рассматривают либо отражение, либо поглощение, либо взаимодействие с рентгеновскими лучами. В данной же книге рассматривается вся совокупность этих свойств, поэтому необходимо было ввести более полный набор условных обозначений.
Рассмотрим следующий опыт. Направим луч линейно поляризованного света на дихроичное тело наиболее общего типа и будем последовательно менять направление распространения и направление колебаний падающего луча. Измеряя коэффициент удельного поглощения для ряда определенных выбранных условий, мы обнаружим, что результаты будут разными. Можно определить максимальную величину, которая называется наибольшим главным коэффициентом удельного поглощения %
Фиг. 12. Метод определения двух (не главных) удельных коэффициентов поглощения для данного направления волновой нормали ^ и данной индикатрисы поглощения.Фиг. 12. Метод определения двух (не главных) удельных коэффициентов поглощения для данного направления волновой нормали ^ и данной индикатрисы поглощения.
Фиг. 12. Метод определения двух (не главных) удельных коэффициентов поглощения для данного направления волновой нормали ^ и данной индикатрисы поглощения.
Фиг. 12. Метод определения двух (не главных) удельных коэффициентов поглощения для данного направления волновой нормали ^ и данной индикатрисы поглощения.
и Up эллипса,и Up эллипса,Эти коэффициенты пропорциональны длинам полуосей нормального к М
и Up эллипса,
и Up эллипса,
и минимальную величину, которая называется наименьшим главным коэффициентом удельного поглощения аи. Волновые нормали различных пучков, которым соответствует коэффициент “期 компланарны, т. е. имеется одно и только одно перпендикулярное им направление, соответствующее наибольшему коэффициенту поглощения. Это направление называется наибольшей главной осью поглощения W. Аналогично, волновые нормали различных пучков, для которых коэффициент поглощения равен а〃， перпендикулярны единственному направлению, называемому наименьшей главной осью поглощения U. Эти оси взаимно перпендикулярны. Ось, перпендикулярная к ним обеим, называется средней главной осью поглощения V； ей соответствует средний главный коэффициент удельного поглощения &.
Теперь мы можем определить индикатрису поглощения,——наиболее сжатую характеристику свойств погло-
щающего тела. Индикатриса представляет собой эллипсоид, полуоси которого параллельны W, V и U и имеют длины, пропорциональные а^, av и аи.
Индикатриса поглощения служит трехмерной моделью, с помощью которой можно определить два коэффициента удельного поглощения для произвольноного направления волновой нормали. Как показано на фиг. 12, метод определения заключается в том, что индикатриса рассекается плоскостью, проходящей через
Фиг. 13. Монохроичные оси Ат и монохроичный угол 2M анизотропно поглощающего тела.
В этом примере 2M < 90°; соответствующая индикатриса называется вытянутой, или положительной.
ее центр и перпендикулярной к данной волновой нормали. Эта плоскость пересекает индикатрису по эллипсу, наибольшая и наименьшая полуоси которого обозначаются через Wp и Up, Длина этих полуосей соответствует двум искомым коэффициентам удельного поглощения.
Рассмотрим теперь плоскости, проходящие через центр индикатрисы. Среди них всегда можно выбрать плоскость, ориентированную таким образом, что пересечение ее с индикатрисой дает круг. Нормаль к такой плоскости называется монохроичной осью Лт, а угол между этой осью и осью W ——монохроичным полууглом М. У индикатрисы наиволее общего вида (все полуоси которой имеют различную длину) существуют две монохроичные оси. Угол 2М между ними называется монохроичным углом (фиг. 13).
Если тело имеет две монохроичные оси, то оно называется двуоснопоглощающим, или плеохроичным, если же обе монохроичные оси совпадают, то тело называется однооснопоглощающим. Индикатриса называется вытянутой (или положительной), если 2Л4<90°, и сплюснутой (или отрицательной), если 2M>90°.
Количественно термин дихроизм обозначает разность главных коэффициентов удельного поглощения. Величина Dwv = (aw —仇) называется первым дихроизмом, Dvu = (av ——au)—вторым дихроизмом и наконец Dvu = =(а^ — а〃)——общим дихроизмом. Последняя величина является наиболее важной, при этом прилагательное 《общий》часто опускается.
ПЛОСКИЙ ДИХРОИЗМ
Если пучок света падает нормально на плоский поляризатор, то поляризованные компоненты в нем, конечно, имеют одно и то же направление волновой нормали (перпендикулярно входной поверхности поляризатора). Следовательно, мы должны рассматривать только одно поперечное сечение индикатрисы поглощения, а именно сечение, параллельное входной поверхности. Процессы поглощения, характеризуемые этим плоским сечением, можно качественно назвать плоским поглощением.
В общем случае поперечное сечение является эллипсом. Главные оси эллипса называются наибольшей Wp и наименьшей Up осями плоского поглощения, а длины полуосей ——наибольшим awp и наименьшим аир коэффициентами плоского удельного поглощения. Разность (awp ——аир) обозначается Dp и называется плоским дихроизмом. Отношение Rp = dWplaup называется плоским дихроичным отношением. Очевидно, что величины awp, аир, Dp и Rp не зависят от размеров тела.
Рассмотрим теперь поляризатор, представляющий собой тонкую пластинку, вырезанную из большого гомогенного образца анизотропно поглощающего вещества. Вообще говоря, оси плоского поглощения этой пластинки не совпадают с главными осями вещества, из которого она вырезана; точно также коэффициенты плоского
удельного поглощения пластинки отличаются от главных коэффициентов удельного поглощения вещества. (Однако, если тело одноосно, так что его индикатриса является эллипсоидом вращения, то одна ось плоского поглощения обязательно совпадает с одной из главных осей, а один из коэффициентов плоского удельного поглощения обязательно совпадает с одним из главных коэффициентов удельного поглощения.)
Довольно проста связь между плоскими параметрами и общими свойствами пластинки. Произведение толщины на плоский дихроизм есть дихроичность (общее свойство). Произведение толщины на awp дает наибольшую главную оптическую плотность d2. Произведение толщины на аир есть наименьшая главная оптическая плотность db
ПЛОСКИЙ ДИХРОИЗМ ТЕЛ, состоящих ИЗ ОРИЕНТИРОВАННЫХ МИКРОКРИСТАЛЛОВ
Дихроичный поляризатор может представлять собой монокристалл, например монокристалл турмалина. Именно при изучении кристалла турмалина Био в 1815г. открыл явление дихроизма [37, 164, 281, 351]. Однако поляризатор из монокристалла турмалина имеет много недостатков: малую апертуру, низкое дихроичное отношение, узкую спектральную область пропускания и высокую стоимость.
В конце 1920-х годов Ленд нашел, что можно увеличить апертуру, заменив монокристалл большим числом маленьких упорядоченных дихроичных частиц (длинных тонких микрокристаллов). Для уменыления рассеяния он использовал кристаллы, толщина которых была много меньше длины волны. Он ориентировал их таким образом, чтобы длинные оси отдельных микрокристаллов располагались параллельно; при этом кристаллы были выбраны так, чтобы их длинные оси совпадали с наибольшей главной осью поглощения. В результате этот набор действовал как единая поляризующая система. (Очевидно, что такая система может иметь практически неограниченные длину и ширину.) Такой
набор называется микрокристаллическим поляризатором. Позднее Ленд и его сотрудники создали молекулярный поляризатор, в котором используются ориентированные длинные тонкие дихроичные молекулы. Эти типы поляризаторов подробно обсуждаются в последующих параграфах.
Отдельную микроскопическую дихроичную частицу часто называют дихромофором. Иногда это название относится к отдельной части поглощающей частицы, ответственной за дихроизм.
Дихроичные свойства отдельного микрокристалла обычно можно описать с помощью терминологии, введенной в предыдущем параграфе. Однако это не всегда возможно для дихромофоров, представляющих собой одну молекулу. Обычно на практике изучают не отдельные молекулы, а их совокупность; при этом возникают своеобразные трудности: свойства молекул могут изменяться вследствие их влияния друг на друга. В таком случае трудно разделить поглощательные свойства отдельной молекулы, плотной группы молекул и упорядоченной группы молекул. Иначе говоря, практически мы не можем определить, какая часть поглощательных свойств обусловлена молекулой как таковой, какая часть — окружением молекулы и какая часть зависит от степени упорядоченности в их расположении.
Простейшим методом ориентации миллионов дихромофоров иглообразной формы (например, внедренных в пластмассовую пленку из нитроцеллюлозы или поливинилового спирта или в другой эластичный материал) является растягивание пленки в одном направлении. Иглообразные частицы, которые первоначально имели произвольное направление, стремятся расположиться приблизительно параллельно оси растяжения; получающаяся ориентация называется линейным параллелизмом.
Если же вместо растяжения пленки производить ее сжатие тоже в одном направлении, то иглообразные частицы стремятся расположиться параллельно плоскости, нормальной к оси сжатия, но не обнаруживают какого- либо преимущественного направления в этой плоскости. Гакая ориентация называется плоским параллелизмом.
В большинстве случаев дихромофоры имеют иглообразную форму и вытянутую (положительную) индикатрису поглощения, а их длинная ось обычно параллельна наибольшей главной оси поглощения. Если сильно растянуть пленку, содержащую такие кристаллы, то их наибольшие главные оси поглощения ориентируются приблизительно параллельно направлению растяжения. В результате ось поглощения поляризатора в целом будет параллельна этому направлению. Поляризатор, у которого ось поглощения и ось растяжения совпадают, обладает параллельным плоским поглощением. Можно создать поляризатор, ось поглощения которого перпендикулярна оси растяжения. Такой поляризатор обладает перпендикулярным плоским поглощением. (Некоторые авторы используют термины «положительный и отрицательный» вместо «параллельный и перпендикулярный», что может привести к путанице в вопросе о знаке индикатрисы поглощения.)
Очевидно, что для микрокристаллического поляризатора существуют две индикатрисы поглощения: одна для отдельного монокристалла, а другая для поляризатора в целом, т. е. для миллионов дисперсных субмикроскопических дихроичных кристаллов в изотропной среде. Например, предположим, что отдельный кристалл имеет иглообразную форму и вытянутую индикатрису, причем наибольшая ось индикатрисы параллельна длинной оси кристалла. Предположим также, что кристаллы приведены к линейному параллелизму; тогда индикатриса всего поляризатора должна быть вытянутой. Если же кристаллы приведены к плоскому параллелизму, то индикатриса поляризатора будет сплюснутой. Фиг. 14 иллюстрирует геометрию этих двух форм, называемых соответственно классом 尸,и классом Ри. Заметим, что здесь индексы / и и означают соответственно линейный (linear) и плоский (uniplanar) параллелизм, а буквы Р и О характеризуют вытянутую (prolate) и сплюснутую (oblate) формы индикатрис отдельных кристаллов.
Теперь рассмотрим случай, когда отдельный иглообразный кристалл имеет сплюснутую индикатрису. Если длинная ось кристалла параллельна самой корот-
кой оси индикатрисы, то при линейном параллелизме (геометрия класса О» индикатриса всего поляризатора будет сплюснутой, а при плоском параллелизме (геометрия класса Ои) — вытянутой. Такие же принципы применимы, конечно, и к поляризаторам, состоящим из дихроичных молекул, а не из дихроичных кристаллов.
ссФиг. 14 Два типа параллелизма, который может быть создан в материале, содержащем дихроичные кристаллы иглообразной формы (кристаллы имеют вытянутую индикатрису с наибольшей главной осью поглощения, параллельной длинной оси).Фиг. 14 Два типа параллелизма, который может быть создан в материале, содержащем дихроичные кристаллы иглообразной формы (кристаллы имеют вытянутую индикатрису с наибольшей главной осью поглощения, параллельной длинной оси).
с
с
Фиг. 14 Два типа параллелизма, который может быть создан в материале, содержащем дихроичные кристаллы иглообразной формы (кристаллы имеют вытянутую индикатрису с наибольшей главной осью поглощения, параллельной длинной оси).
Фиг. 14 Два типа параллелизма, который может быть создан в материале, содержащем дихроичные кристаллы иглообразной формы (кристаллы имеют вытянутую индикатрису с наибольшей главной осью поглощения, параллельной длинной оси).
а —брусок до растяжения; кристаллы имеют произвольное направление, индикатриса всего материала — сфера; 6 —брусок растянут в одном направлении, расположение кристаллов характеризуется большой степенью линейного параллелизма; индикатриса вещества вытянутая; в —брусок сжат в одном направлении, распо» ложение кристаллов характеризуется высокой степенью плоского параллелизма, индикатриса вещества сплюснутая.
Джонс [242] показал, что если геометрия относится к классу Ои, то отношение оптических плотностей Rd поляризатора не может превышать 2,0, даже когда отдельный кристалл и его индикатриса имеют иглообразную форму. Однако для поляризаторов классов О6 Р/ и Рц невозможно заранее установить верхний предел.
СПОСОБЫ ОРИЕНТАЦИИ ДИХРОМОФОРНЫХ МОЛЕКУЛ
Для создания поляроидов требуются вещества, дихромофорные молекулы которых наряду с сильным
поглощением должны обладать определенной ориентацией электрического дипольного момента перехода и, следовательно, высоким дихроизмом в широком диапазоне длин волн. Как правило, эти молекулы имеют вытянутую форму с осью поглощения, параллельной длинной оси.
Дихромофорные молекулы можно ориентировать следующими способами: а) поместить их в гомогенную изотропную среду, а затем растянуть образец в одном направлении (вместо растяжения можно применять прессование или сдвиг); б) присоединить их химическим путем к гомогенному веществу, уже имеющему высокую степень упорядоченности; в) нанести на поверхность пленки, которая уже имеет преимущественное направление (преимущественное направление на поверхности может быть создано трением, производимым в одном направлении) ;г) создать их внутри гомогенного материала, уже имеющего высокую степень ориентации; д) применить различные виды внешнего воздействия, например магнитные или электрические поля. Более подробное описание различных способов ориентации дихромофоров представлено в патентах Ленда и его сотрудников. Важнейшие из этих патентов приведены в списке, помещенном в конце книги.
Большинство имеющихся в продаже пленочных поляризаторов изготовляется путем растяжения больших пластмассовых пленок. Обычно применяется полимер, называемый поливиниловым спиртом. Растяжение можно осуществлять с помощью нескольких валов, вращающихся с различной скоростью. Нагревание пленки способствует растяжению, снижает требуемое усилие и уменьшает опасность повреждения пленки. Центральная линия, вдоль которой производится растяжение (механическая ось), параллельна или приблизительно параллельна оси поглощения. Вблизи края пленки фактическое направление растяжения (ось напряжения) может слегка отличаться от механической оси. Иногда для описания растяжения используются оси X, Y и Z, которые обозначают соответственно нормаль к пленке, перпендикулярное направление и механическую ось.
Для определения степени растяжения можно пользоваться отношением окончательной длины к первоначальной (относительное растяжение), однако эта величина не учитывает уменьшение ширины пленки, сопровождающее увеличение длины. Лучше использовать аксиальное отношение. Для этого на нерастянутой пленке чертят круг, а после растяжения измеряют наибольшую и наименьшую оси получившейся эллиптической фигуры и берут их отношение.
Джонс [242] подсчитал максимальное значение отношения оптических плотностей R& которое может быть получено в растянутой пленке (содержащей дихроичные микрокристаллы) при определенном аксиальном отношении J). В частности, он показал, что отношение оптических плотностей всего поляризатора не может стать больше дихроичного отношения отдельного кристалла, а также не может более чем в 1,3 раза превышать аксиальное отношение. Для молекулярного поляризатора точных расчетов не произведено.
ПОЛЯРОИД Н-ТИПА
Наиболее широко распространены пленочные поляризаторы Н-типа (они изготовляются фирмой «Поляроид корпорейшн», Кембридж, штат Массачусетс). Этот поляризатор молекулярного типа был изобретен в 1938 г. или несколько раньше Лендом. Поляроидом Н-типа обычно называют прозрачный плоский полимерный материал, который состоит в основном из полимерных молекул, имеющих преимущественное направление, и окрашен веществом, обеспечивающим дихроизм пленки. Обычно производимые промышленностью поляроиды Н-типа сделаны из содержащей иод пленки поливинилового спирта, растянутой в одном направлении. Иод впитывается из насыщенного иодом специального водного раствора, называемого Н-чернилами. В настоящей книге под выражением «поляроид Н-типа» обычно подразумевается именно такой тип поляроида.
R. С. Jones, неопубликованная рукопись № 539, октябрь 1945 г.
Производство. Производство поляроидов Н-типа ведется в соответствии с методами, описанными в патенте [П119] и в ряде других патентов и технических статьях Ленда, Веста [281, 285] и других авторов】). Обычно тонкая пленка поливинилового спирта нагревается, растягивается и быстро наносится на подложку — пленку из ацетата бутирата целлюлозы. Затем поверхность поли* винилового спирта приводится в соприкосновение с Н- чернилами и впитывает небольшое количество иода из чернил. В некоторых случаях в поляризатор вводится изотропный краситель, который поглощает вредное для глаз ультрафиолетовое излучение, но прозрачен для видимого света. Затем пленка высушивается, скатывается и подготавливается для разрезания на куски нужных размеров. Чтобы пленка обладала высоким значением Е и очень малым 局，необходимо с большой точностью контролировать выполнение основных физических и химических условий. Легко сделать поляризатор среднего качества, но далеко не просто изготовить большую пленку, обладающую высокой поляризующей способностью и достаточно хорошую в других отношениях.
Разрезанную на куски пленку Н-поляроида поме^ щают между защитными пластинками из прозрачной пластмассы или стекла. Обычно готовый поляризатор имеет форму диска диаметром от 2,5 до 7,5 см. Можно изготовить диски диаметром до 45 см. Прямоугольные куски могут иметь ширину 45 см и практически любую длину.
Количество иода, которое остается в поляриза* торе, зависит от многих факторов, в частности от концентрации иода в чернилах, температуры чернил и длительности процесса чернения. Американской промыш* ленностью производится три вида поляроидов Н-типа, отличающихся по количеству иода на единицу площади поляризатора: HN-22, HN-32 и HN-38. Буква Н означает основной тип поляризатора, буква N ставится для обозначения нейтральности к цвету, а номер приблизив
1) Е. R. В 1 о u t, доклад Американскому оптическому обществу, 20 мая 1954 г.
тельно означает процент общего светового пропускания kt данного поляризатора.
Таблица 2
Главные коэффициенты пропускания k{ и 局 для поляроидовHN-типа *
Длина
HN-22
HN-32
HN-38
ВОЛНЫ, ммк
吊
瓦
自
瓦
財
375
0,11
0,000005
0,33
0,001
0,54
0,02
(0,02)
(0,000001)
(0,05)
(0,С0Э1)
(0,07)
(0,003)
400
0,21
0,00001
0,47
0,003
0,67
0,04
(0,12)
(0,00001)
(0,24)
(0,002)
(0,34)
(0,02)
450
0,45
0/)00003
0,68
0,0005
0,81
0,02
(0,45)
(0,000003)
(0f8)
(0,0005)
(0,81)
(0,02)
500
0,55
0,000002
0,75
0,00005
0,86
0,005
550
0,48
0,000002
0,70
0,00002
0,82
0,0007
600
0,43
0,000002
0,67
0,00002
0,79
0,0003
650
0,47
0,000002
0,70
0,00002
0,82
0,0003
700
0,59
0,000003
0,77
0,00003
0,86
0,0007
750
0,69
0,00001
0,84
0,0002
0,90
0,004
* Данные взяты из работ [398, 496]. Они справедливы только в тех случаях, когда отсутствуют потери на отражение. Хотя величины, приведенные в таблице, считаются стандартными, возможны отклонения от них за счет различий в процессе изготовления. Значения в скобках относятся к поляроидам, содержащим ультрафиолетовый поглотитель.
В табл. 2 указаны главные коэффициенты пропускания поляроидов HN-22, HN-32 и HN-38 для некоторых длин волн в видимой области. На фиг. 15 приведены соответствующие кривые. В табл. 3 даны значения пропускания для параллельной и скрещенной пар идентичных поляроидов. Величины kvx для этих поляроидов приблизительно равны 0,000005, 0,00005 и 0,0005 [398]. Отношение главных пропусканий Rt для поляроида HN-22 может быть порядка 105 для большинства длин волн в видимой части спектра [20]. Направление оси пропускания перпендикулярно направлению растяжения.
Из этих данных видно, что все три поляроида Н-типа обладают высокой поляризующей способностью Р и большим значением наибольшего главного пропускания 拓 в широком диапазоне длин волн. Однако свойства
0,010,0010,010,001'“400500600700Длина волны, ммкФиг. 15. Спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 々1 и 々2 Для трех поляроидов HN-типа: HN-22, HN-32 и HN-38.'“400500600700Длина волны, ммкФиг. 15. Спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 々1 и 々2 Для трех поляроидов HN-типа: HN-22, HN-32 и HN-38.9 二 HcXSNLlodu9 二 HcXSNLlodu8 7 65432 / а ааааааа8 7 65432 / а ааааааа
0,01
0,001
0,01
0,001
'“400500600700
Длина волны, ммк
Фиг. 15. Спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 々1 и 々2 Для трех поляроидов HN-типа: HN-22, HN-32 и HN-38.
'“400500600700
Длина волны, ммк
Фиг. 15. Спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 々1 и 々2 Для трех поляроидов HN-типа: HN-22, HN-32 и HN-38.
9 二 HcXSNLlodu
9 二 HcXSNLlodu
8 7 65432 / а ааааааа
8 7 65432 / а ааааааа
поляроида HN-38 заметно ухудшаются вблизи коротко^ волнового края видимой части спектра: величина 自 здесь падает, а 局 растет и, следовательно, Rt становится много меньше. Пара скрещенных поляроидов типа HN-38 заметно пропускает свет с длиной волны меньше 470 мм к (отсюда выражение «синяя засветка»). Вблизи 470 ммк скрещенные поляроиды HN-32 имеют меньшее пропускание, а поляроиды HN-22 — еще меньшее. Следовательно, в тех случаях, когда требуется сильное гашение света (т. е. очень малая засветка), следует применять поляроид типа HN-22; поляроид HN-38 исполь*
Таблица 3
Пропускание параллельной (仇)и скрещенной (丛。) пар поляроидов HN-типа *
Длина волны, ммк
HN-22
HN-32
HN-38
%
Но
”90
%
”90
375
0,006
0,0000005
0,05
0,0003
0,15
0,01
(0,0002)
(0,00000002)
(0,001)
(0,00005)
(0,002)
(0；0002)
400
0,02
0,000002
0,11
0,002
0,22
0,03
(0,007)
(0,000001)
(0,03)
(0,0005)
(0,06)
(0,01)
450
0,10
0,000001
0,23
0,0003
0,33
0,02
(0,10)
(0,000001)
(0,23)
(0,0003)
(0,33)
(0,02)
500
0,15
0,000001
0,28
0,00004
0,37
0,004
550
0,12
0,000001
0,25
0,00001
0,34
0,^006
600
0,09
0,000001
0,22
0,00001
0,31
0,0002
650
0,11
0,000001
0,25
0,00001
0,34
0,0002
700
0,17
0,000002
0,30
0,00002
0,37
0,0006
750
0,24
0,000007
0,35
0,0002
0,41
0,004
* См. примечание к табл. 2.
зуется, если требуется очень высокое значение 々i и допустима несколько большая засветка; HN-32 соответствует промежуточному случаю и используется чаще всего.
Применяя несколько параллельно расположенных поляроидов Н-типа, можно получить нужные характеристики в близкой инфракрасной области (до 900 ммк); в этом случае отношение оптических плотностей остается достаточно высоким, а поляризующая способность при использовании нескольких поляроидов тоже довольно велика. В близкой ультрафиолетовой области действие поляроида ухудшается, но если устранить поглощение ультрафиолетового света подложкой и защитными пластинками, то можно получить удовлетворительные результаты в области примерно до 300 ммк [16].
Химическое состояние иода, находящегося в поляроиде Н-типа, исследовано Лендом и Вестом [281, 452].
Оказалось, что иод образует длинные цепочки полимерных молекул. В каждой данной цепочке следующие друг за другом атомы иода находятся на расстоянии 3,1 А один от другого. По мнению Веста, это расстояние не характеризует ни атомы иода, которые связаны одиночными связями, ни следующие друг за другом элементарные группы поливинилового спирта, длина которых равна 2,52 А. Отсюда можно заключить, что образуется определенный комплекс поливиниловый спирт — иод, для которого характерно расстояние 3,1 А. Точная длина цепочек поливинилового спирта и цепочек полимеризованного иода неизвестна, но ее можно грубо оценить с помощью формулы, предложенной Куном [273].
Поливиниловый спирт подробно изучали Кримм и др. [271], Кларк и Блаут [83], Блаут и Карплюс [44], Коэн и др. [85] (см. также [128, 167, 485]). Некоторые методы приготовления достаточно близких по своим свойствам пленок вполне доступны. Пленку можно получить из раствора поливинилового спирта методом отливки; индикатриса преломления (см. гл. 5, § 2) такой пленки для видимой области спектра имеет сплюснутую форму, кратчайшая ось ее перпендикулярна к пленке. Если же пленку растянуть в одном направлении, то индикатриса становится вытянутой, причем направление длинной оси параллельно направлению растяжения. Общий коэффициент двупреломления может достигать 0,034 (Ленд и Вест [281]). В определенной части инфракрасной области спектра сам поливиниловый спирт обладает поглощением и, кроме того, дихроизмом. Эти свойства, изучавшиеся Криммом и др. [271] и Тадокоро и др. [418], помогают в исследовании структуры поливинилового спирта, а также механизма адсорбции иода пленкой.
Поряроид Н-типа обладает двойным преломлением, которое, конечно, связано с дихроизмом. Миленз и Джонс [319] исследовали эту связь. Блейк и др. [43] измерили двупреломление в ближней инфракрасной области.
Поляроид Н-типа очень стабилен в довольно широких температурных пределах, но начинает портиться при высокой температуре (~80°С) или при одновре-
менном воздействии высокой температуры и высокой влажности. Поляроид Н-типа, помещенный между защитными пластинками из пластмассы или стекла, портится гораздо медленнее.
Поляроиды Н-типа изготовлялись и из других полимеров и других дихромофоров. Ленд в 1938 г. с успехом применил пленку из поливинил бутирала [П119]. Применяются также и другие сорта чернил. Поляроиды из поливинилового спирта используются очень широко. В работе Годиной [161] описаны некоторые свойства таких поляроидов. В работах [93, 255] описываются поляризаторы, сделанные Кеземанном в Германии； см. также патент Бейли и Брубейкера [ПЗ]. Необходимо упомянуть также поляризатор 《бернотар», созданный в последние годы в Иене (ГДР). Дихроичное отношение отдельного кристалла иода было измерено Бовисом [58].
ПОЛЯРОИД К-ТИПА
Второй наиболее важный тип пленочного поляризатора——это поляроид К-типа, созданный Лендом и Роджерсом в 1939 г. или несколько раньше. По промышленному производству он занимает следующее место после поляроидов Н-типа. Поляроиды К-типа удивительно устойчивы по отношению к воздействию высоких температур и высокой влажности.
Производство поляроидов К-типа начинается с приготовления пленки из поливинилового спирта. Главный этап приготовления состоит не в присоединении к спирту атомов другого вещества, а в отщеплении от него некоторого числа атомов. Пленка из поливинилового спирта нагревается в присутствии катализатора (например, НС1), в результате чего от спирта отделяются 2п атомов водорода и п атомов кислорода. Этот процесс называется каталитической дегидратацией и описывается в различных патентах [П49, П80] и статьях [229, 281, 28 5]. При растягивании пленки происходит ориентация длинных цепочек молекул (см., например, патент Роджерса [П131]). Полученный материал тонкой пленкой нано-
сится на подложку из ацетата бутирата целлюлозы и за- тем помещается между двумя защитными пластинками из пластмассы или стекла.
Таблица 4
Главные коэффициенты пропускания 自 и k2 поляроидов типа KN-36 и пропускания их параллельной (%) и скрещенной (//90) пар *
Длина волны, ммк
拓
財
"о
”9Q
375
0,42
0,002
0,09
0,001
(0,03)
(0,001)
(0,0005)
(0,00003)
400
0,51
0,001
0,13
0,0005
(0,31)
(0,001)
(0,05)
(0,0003)
450
0,65
0,0003
0,21
0,0002
(0,65)
(0,0003)
(0,21)
(0,0002)
500
0,71
0,00005
0,25
0,00004
550
0,74
0,00004
0,27
0,00003
600
0,79
0,00003
0,31
0,00002
650
0,83
0,00008
0,34
0; )0007
700
0,88
0,02
0,39
0,02
750
0,92
0,57
0,59
0,53
* См.
примечание
к табл. 2.
В табл. 4 указаны значения пропускания поляроидов типа KN-36, наиболее распространенного из гюл51роидов этого типа. На фиг. 16 приведены соответствующие кривые. Поляроид К-типа удовлетворительно работает в большей части видимого спектра. Эффективность его действия снижается только вблизи длинноволнового края видимого спектра. Если поместить два скрещенных К-поляроида перед источником белого света, то пропущенный (слабый) свет имеет красноватый оттенок. Ось пропускания перпендикулярна направлению растяжения.
Дихромофором в поляроиде К-типа является поливинилен, в который превращается небольшая часть поливинилового спирта, большая же часть поливинилового спирта не изменяется. Предполагается, что сопряженные
связи поливинилена простираются на очень длинные цепочки, поскольку вещество обнаруживает сильное поглощение не только в видимой области, но также и в ближней ультрафиолетовой области [273, 281].
0。0。400500600700Длина волны, ммк400500600700Длина волны, ммкФиг. 16. Спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 岛 и 色 для поляроида KN-36.Фиг. 16. Спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 岛 и 色 для поляроида KN-36.侬侬6 5 4 3 2 7 а о a q а о,6 5 4 3 2 7 а о a q а о,QnHDN^uoduQnHDN^uodu
0。
0。
400500600700
Длина волны, ммк
400500600700
Длина волны, ммк
Фиг. 16. Спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 岛 и 色 для поляроида KN-36.
Фиг. 16. Спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 岛 и 色 для поляроида KN-36.
侬
侬
6 5 4 3 2 7 а о a q а о,
6 5 4 3 2 7 а о a q а о,
QnHDN^uodu
QnHDN^uodu
Некоторые поляроиды К-типа наряду с основной полосой поглощения имеют несколько близко расположенных полос поглощения; их происхождение не совсем понятно. Эти небольшие полосы лежат главным образом в области от 350 до 500 мм к (Бакстер и др. [2 0]).
Поляроиды К-типа более стабильны при высокой температуре и высокой влажности, чем поляроиды Н-типа. С защитными пластинками из стекла они выдерживают температуру около 90° С в течение длительного времени, а с пластинками из пластмассы — температуру
около 100° С тоже в течение довольно длительного периода. Вследствие своей высокой стабильности поляроиды К-типа с успехом применяются в автомобильных фарах.
Небольшие куски поляроидов К-типа без подложки создаются лабораторным путем и применяются в фильтрах Лио (см. гл. 9, § 10). Они очень тонки (всего 0,025 мм) и поэтому, конечно, очень хрупки.
ПОЛЯРОИДЫ J-ТИПА
Хотя уже 20 лет назад поляроиды J-типа заменены другими типами поляризаторов, их следует отметить как первые в мире пленочные дихроичные поляроиды и как первые поляризаторы, которые нашли широкое применение не только в науке, но и на практике. С появлением поляроидов J-типа поляризованный свет стали использовать во многих новых областях.
Поляроид J-типа является микрокристаллическим поляризатором. Его открытие представляло значительный шаг вперед по сравнению с предыдущими исследованиями. Ранее исследователи концентрировали свои усилия на попытках вырастить дихроичные кристаллы большого размера [498], но, несмотря на все усилия, за 75 лет в этом направлении удалось продвинуться лишь очень мало. Наибольший кристалл, который удалось получить, был величиной всего несколько миллиметров.
Около 1928 г. Ленд, тогда студент Гарвардского колледжа, предложил использовать статистическую систему упорядоченно расположенных кристаллов. Он пришел к выводу, что если миллионы крошечных кристаллов расположены тонким слоем так, что их оси поглощения примерно параллельны, причем сами кристаллы внедрены в прозрачный материал с тем же показателем преломления (чтобы по возможности снизить рассеяние света), то весь такой комплекс должен вести себя как один большой очень тонкий кристалл.
Эксперименты!) Ленда увенчались успехом [281, 285]. Размельчив кристаллы герапатита до частиц очень
См. примечание на стр. 26.
маленького размера, он затем упорядочил их, применив метод ориентации в потоке. В качестве подходящей окружающей среды для суспензии был использован раствор ацетата целлюлозы. Около 1930 г. были получены экспериментальные образцы нового поляризатора (J-типа) и начаты эксперименты с ними. В течение нескольких лет этот поляроид производился в большом количестве (см. патенты Ленда [П20—П23]).
Герапатит был открыт около 1852 г. английским медиком Герапатом [189, 190]. Химические свойства этого вещества (периодидсульфата хинина) изучались многими исследователями. Кристаллографические свойства гера- патита исследовал в 1937 г. Вест [450]. Кристаллы имеют иглообразную форму, наибольшая главная ось поглощения параллельна длинной оси. Поэтому при растяжении пленки, содержащей большое количество таких кристаллов, наибольшая ось поглощения пленки параллельна направлению растяжения. Ось пропускания, очевидно, перпендикулярна направлению растяжения.
Фотометрические свойства поляроидов J-типа описаны в статьях Ленда и Веста [281] и Грабау [162]. Эти данные здесь не приводятся, так как поляроиды J-типа полностью вытеснены поляроидами Н- и К-типов. В то время как поляроид J-типа, будучи микрокристаллическим поляризатором, имеет некоторую тенденцию рассеивать свет (см., например, работу Фарвелла [141]), молекулярные Н- и К-поляроиды фактически не обладают рассеянием. Некоторые работы советских исследователей по поляризаторам, содержащим кристаллы гер- апатита, описаны Годиной и Фаерманом [160].
ПОЛЯРОИД L-ТИПА
Перед второй мировой войной, а также в первые годы войны, ощущалась нехватка хинина (а, следовательно, и герааатита). Поэтому Ленд и его сотрудники вели поиски поляризаторов, для которых не требовался хинин. Было создано несколько таких поляризаторов, в частности поляроид L-типа (а также поляроиды Н- и К-типов, описанные в предыдущих параграфах).
Поляроид L-типа содержит бесчисленное множество упорядоченных дихроичных молекул органического красителя [285]. Он может содержать только одну черную краску или несколько различных красителей, которые поглощают в разных участках видимого спектра. В патенте Ленда [П119] упоминаются следующие чистые красители: нейшнел эри черный GX00 (С. I. 581 】)，ама- нил черный (С. I. 395), аманил прочно черный (С. I. 545), тинтекс черный и следующие сложные красители: ниагара синий 2В (С. I. 406), солантин красный 8BL (С. I. 278), ниагара флотский синий BW, эри зеленый МТ (С. I. 593), эри гранатовый В (С. I. 375), солантин черный L (прототип № 24).
Другие красители перечислены Лендом и Вестом [281] и Зохером [471]. Например: конго красный, оранжевый краситель (С. I. 374), голубой краситель (С. I. 518) и желтый краситель (С. I. 622).
Красители могут быть диспергированы в растянутом поливиниловом спирте, в целлофане или в других полимерных материалах.
Отношение оптических плотностей для L-поляроида редко достигает таких значений, как для Н- и К-поля- роидов, поэтому поляроиды L-типа используются значительно реже.
ДРУГИЕ ДИХРОИЧНЫЕ ПЛЕНОЧНЫЕ НЕЙТРАЛЬНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ ДЛЯ ВИДИМОЙ ОБЛАСТИ
Ленд с сотрудниками разработал также поляроид М-типа, в котором применяются микрокристаллы не ге- рапатита, а других веществ, например периодид дибенз- акридина [281]. Такие поляроиды производились промышленностью в течение первых лет второй мировой войны, но затем были заменены поляроидами Н- и К-типов.
Время от времени фирма «Поляроид корпорейшн» выпускает различные другие типы пленочных дихроич-
1) C.I. (Color Index) — американский справочник по красителям. —Прим, ред，
ных нейтральных поляризаторов для видимой области. Некоторые из них описаны в патентах Ленда и др. (см., например, [П119]) и в статьях Ленда [285] и Ленда и Веста [281]. В ряде экспериментальных поляроидов используются мельчайшие иглообразные кристаллы металлов, например теллура. Опубликованы спектральные кривые таких поляроидов [285]. Дихроизм теллура изучался Лоферским [296]. Беркман и др. [26] исследовали дихроичные поляризаторы с микроскопическими кристаллами золота, серебра и ртути. Кайрел и Шатцман [П8] пытались использовать частички графита размером 0,5 мк.
Интересный тип дихроичного поляризатора был предложен Бейлби, а затем разработан Драйером и др. [113—115] (см. также патенты [П10—П12, П14]). Для создания такого поляризатора на поверхности пленки, стекла или пластмассы создают какое-либо преимущественное направление путем трения фильтровальной бумагой, хлопчатобумажной тканью или крокусом. Глубина такого обработанного слоя составляет менее 1 мк (Зохер и Копер [472]). Затем пленка промывается и обрабатывается раствором, содержащим дихроичные молекулы с соответствующими электрическими свойствами, например 0,5%-ным раствором метиленового голубого в этаноле [472]. В результате такой операции адсорбированные молекулы красителя приобретают преимущественное направление, а следовательно, и дихроизм. Для типичных поляризаторов, выпускаемых фирмой «Полакоат инкорпорейтед», значения kt и kvx составляют приблизительно 0,35 и 0,001 [491]. В некоторых случаях в качестве адсорбируемого материала применяется металл: тогда получается дихроичное зеркало (см. патенты Дрейера [П13, П15]). Фирма «Поляроид корпорейшн» также выпускает поляризаторы со слоями, изготовленными по способу Бейлби (см. обзор Веста [453]). Этому же вопросу посвящены статьи Деймона [102] и Андерсона [8]. Метод слоев Бейлби с успехом может применяться для создания поляризаторов с переменным направлением оси: если обработку поверхности трением осуществлять по изогнутому пути, то у
следующих друг за другом участков поляризатора направление оси пропускания будет постепенно меняться. В поляризаторах фирмы «Полакоат инкорпорейтед», получивших название «осеискатель», используется этот принцип.
Известная фирма 《Карл Цейсс» производит микрокристаллические поляризаторы под названием «геро- тар», содержащие упорядоченные кристаллы герапатита [281]. Названная фирма производила опыты также и с поляризатором, состоящим из одного кристалла герапатита большого размера. Этот поляризатор назывался «миноляр». Работы в фирме «Карл Цейсс» велись главным образом Бернауером [27]; обзор их дан в работах [168, 170]. Около 1926 г. Зиммерн [470] изготовил поляризаторы, состоящие из одного или нескольких кристаллов сульфата иодхинина. Это вещество растворялось, и в раствор погружалась стеклянная пластинка. После испарения растворителя образуются смежные группы отдельных кристаллов, каждый размером в несколько миллиметров. В патентах Маркса [П126, П127] описаны ускоренные методы, сокращающие время получения большой однородной поверхности кристаллов.
Если по методу Драйера нанести дихроичную пленку на кварцевую пластинку, то полученный таким образом поляризатор, согласно Макдемотту и Новику [302], может хорошо работать даже в ультрафиолетовой области вплоть до 215 ммк. Такие поляризаторы могут применяться в широкоугольных пучках. Однако в тех случаях, когда требуются высокое пропускание и высокая поляризующая способность, обычно предпочитают применять призменные поляризаторы, описанные в гл. 5 § Ю.
ЦВЕТНЫЕ ДИХРОИЧНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
Для изготовления цветного, или хроматического, дихроичного поляризатора можно использовать растянутую пленку, содержащую ориентированные молекулы цветного красителя. В § 9 перечислено много красителей, имеющих подходящие свойства. Краситель можно вводить в пленку до или после растягивания. Удачные
методы были предложены Лендом и Вестом [281]; они описаны в различных патентах Ленда (см. библиографию).
В той спектральной области, где нужный краситель обладает сильным поглощением, отношение оптических плотностей достигает значения от 5 до 15. Соответствующие спектральные кривые приведены в работах [281, 499, 500] (см. также вышедшую в 1951 г. статью Шерера [386]).
Чтобы сделать систему, меняющую оттенок цвета, необходимо поляризатор, содержащий один краситель, скрестить с поляризатором, содержащим другой краситель с абсорбцией в другой части видимого спектра. Такая комбинация может служить корректирующим цвет фильтром при цветной фотографии [109, 490]； см. гл. 9, § 10.
ПОЛЯРОИД HR-ТИПА
В поляроиде HR-типа — поляризаторе для близкой инфракрасной области — используются те же вещества, что и в поляроидах Н- и К-типов. Он содержит некоторое количество иода, поливинилена и большое количество поливинилового спирта. Однако его спектрофото-
Таблии^ 5
Главные пропускания поляроидов HR-типа *
Длина волны, мк
Главное пропускание
Длина волны, мк
Главное пропускание
焉
н
焉
н
0,55
0,00
0,00
1,2
0,60
0,00
0,60
0,01
0,00
1,4
0,65
0,00
0,65
0,05
0,00
1,6
0,65
0,00
0,7
0,10
0,00
1,8
0,70
0,00
0,8
0,30
0,00
2,0
0,70
0,00
0,9
0,50
0,01
2,5
0,05
0,05
1,0
0,55
0,05
3,0
0,01
0,00
Данные взяты из работы [398].
метрические свойства отличаются от тех, которые можно получить, комбинируя поляроиды Н- и К-типов [39, 398, 497]. Ни Н-, ни К-поляроид заметно не поглощают в области длин волн около 1,5 мк, тогда как поляроид
0.9
0,0010,001007007"比'%7 з qg 1ft/,52夕25 з,оДлина волны, мк"比'%7 з qg 1ft/,52夕25 з,оДлина волны, мкФиг. 17. Более или менее типичные спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 自 и 也 для поляроида HR-типа на стеклянной подложке (G), поляроида HR-типа на пластмассовой подложке (Р) и отдельной пленки HR-типа (N).Фиг. 17. Более или менее типичные спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 自 и 也 для поляроида HR-типа на стеклянной подложке (G), поляроида HR-типа на пластмассовой подложке (Р) и отдельной пленки HR-типа (N).ОО 7 65432 7ОО 7 65432 7HR-типа имеет в этой области интенсивную полосу поглощения, а также сильный дихроизм. Это означает, что HR-поляроид содержит дихроичные комплексы особого вида.
0,001
0,001
007
007
"比'%7 з qg 1ft/,52夕25 з,о
Длина волны, мк
"比'%7 з qg 1ft/,52夕25 з,о
Длина волны, мк
Фиг. 17. Более или менее типичные спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 自 и 也 для поляроида HR-типа на стеклянной подложке (G), поляроида HR-типа на пластмассовой подложке (Р) и отдельной пленки HR-типа (N).
Фиг. 17. Более или менее типичные спектральные кривые главных коэффициентов пропускания 自 и 也 для поляроида HR-типа на стеклянной подложке (G), поляроида HR-типа на пластмассовой подложке (Р) и отдельной пленки HR-типа (N).
ОО 7 65432 7
ОО 7 65432 7
В табл. 5 приведены типичные спектральные свойства (главные пропускания) поляроидов HR-типа. Фиг. 17 иллюстрирует, насколько сильно могут различаться экспериментальные данные, полученные несколько отличающимися методами и при использовании различных видов защитных пластинок. Из фиг. 17 видно,
что сами защитные пластинки ухудшают свойства поляроида в области длин волн, превышающих 2,3 加及.Вообще говоря, поляроид HR-типа хорошо работает только в области от 0,7 до 2,3 мк, но в некоторых случаях может быть использован и в большем спектральном участке, от 0,6 до 5 мк. Поляроиды HR-типа могут длительное время выдерживать температуру 65° С и короткое время ——температуру около 90° С [501]. Поляроид HR-типа был разработан фирмой «Поляроид корпо- рейшн» в период от 1943 до 1951 г. (см. патент Блейка [П4], а также статьи Ленда [285] и Блейка и др. [43]).
В 1957 г. фирма «Карл Цейсс» получила немецкий патент на поляризатор, во многом похожий на HR-поляроид [П 144].
Конечно, многие другие материалы тоже обладают резко выраженным дихроизмом в определенных частях инфракрасной области и, следовательно, могут, вероятно, служить дихроичными поляризаторами. Например, можно использовать большой дихроизм, которым обладает кристалл нитрата аммония в области от 11 до 14 мк [331].
55ДВУПРЕЛОМЛЯЮЩИЕ
5
5
ПОЛЯРИЗАТОРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Двупреломляющие поляризаторы разделяют первоначальный пучок на две полностью и ортогонально поляризованные компоненты и устраняют одну из них. В идеальном случае прошедшая компонента полностью поляризована и ее интенсивность не уменьшается. В действительности же из-за различных эффектов, связанных с отражением, наклонным падением и астигматизмом, действие поляризатора ухудшается. Кроме того, двупреломляющие поляризаторы имеют малую линейную и угловую апертуру, большую толщину и вес, неудобную прямоугольную форму сечения; к тому же такие поляризаторы довольно дороги. По этим причинам двупреломляющие поляризаторы широко заменяются дихроичными поляроидами пленочного типа. Правда, в некоторых случаях, например для ультрафиолетового света, двупреломляющие поляризаторы продолжают оставаться незаменимыми.
Двупреломляющие поляризаторы появились еще в 1690 г., когда Христиан Гюйгенс, экспериментируя с кристаллами исландского шпата, открыл поляризованный свет [209]. В 1828 г. была изобретена призма Николя, а впоследствии и еще более совершенные конструкции. Двупреломляющие поляризаторы широко применяются в кристаллографии и микроскопии. Историю разработки таких поляризаторов можно найти в работах неизвестных авторов, опубликованных в 1819 г. [475] и 1843 г. [476], а также в работах Гёнге [156], Иохансена [238], Томпсона [422] и Таттона [429]. Обзор более позд* них работ в этой области сделан Арчардом [11, 12] и Твайменом [430].
Так как анизотропия преломления играет основную роль не только в двупреломляющих поляризаторах, но и в устройствах, сдвигающих фазу, ниже будет дано краткое описание этого явления. Подробное изложение можно найти в работах Борна [52], Буассе [55], Дженкинса и Уайта [229], Детчберна [107], Иохансена [238] и Уолстрома [435].
АНИЗОТРОПИЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ И ДВУПРЕЛОМЛЕНИЕ
При прохождении монохроматического луча сквозь откачанный стеклянный сосуд, скорость распространения (лучевая скорость) внутри стекла меньше, чем скорость в вакууме. Отношение скорости света в вакууме к скорости света в стекле, обозначаемое через 几，называется показателем преломления стекла. Величина 几 не зависит от того, какая поверхность является входной, а также от наклона луча и от направления колебаний его электрического вектора. Поэтому стекло называется изотропно преломляющим.
В общем случае тело может быть анизотропно преломляющим. Если луч падает на куб, вырезанный из такого тела, то возникает два преломленных луча, каждый из которых имеет свое направление (направление луча), свое положение волнового фронта и свою волновую нормаль (нормаль к волновому фронту).Для каждого из двух преломленных лучей можно определить две скорости: лучевую скорость и нормальную скорость. Лучевая скорость представляет собой скорость распространения вдоль направления луча (фиг. 18). Нормальная скорость есть произведение лучевой скорости на косинус угла между направлениями луча и волновой нормали. Показатель преломления тела для данного луча определяется как отношение скорости в вакууме к нормальной скорости этого луча в данном Теле. (Во многих учебниках не дается ясного определения показателя преломления, так что у читателя может сложиться ошибочное представление, будто показатель преломления определяется как отношение скорости в вакууме к лучевой скорости)
Обычно при рассмотрении явления двойного преломления приходится иметь дело с направлением волновой нормали и с нормальной скоростью. Только с помощью этих «нормальных» параметров удается сравнительно простым образом описать основные преломляющие свойства тела.
Два преломленных луча, образующихся при наклонном падении неполяризованного пучка света на выбранный нами куб, поляризованы, причем ортогонально
Фиг. 18. Направление луча R и направление волновой нормали ^ в анизотропно преломляющем теле.
Волновой фронт обозначен буквой w. Хотя энергия распространяется в направлении луча А, можно считать, что направление волновой нормали N играет основную роль при графическом и алгебраическом описании показателя преломления.
друг другу. В том случае, когда эти два луча поляризованы линейно, говорят, что тело является линейно дву- преломляющим. Другие тела создают циркулярную или эллиптическую формы поляризации и называются циркулярно или эллиптически двупреломляющими. Для простоты рассмотрения мы сосредоточим свое внимание на линейно двупреломляющих телах и, кроме того, будем предполагать, что тела являются гомогенными и не обладают рассеянием и поглощением.
Если луч падает на разные поверхности линейно двупреломляющего кубического тела или угол падения луча на данную поверхность меняется, то изменяются и характеристики преломленных лучей, а именно их направление, лучевая скорость, волновая нормаль и нормальная скорость. Определяющим направлением является направление колебаний электрического вектора. Если
это направление остается неизменным, то не меняется и нормальная скорость, если же оно меняется, то меняется и нормальная скорость. Для одного из возможных направлений колебаний показатель преломления имеет максимальную величину; его называют наибольшим главным показателем преломления у. Аналогично определяется минимальная величина, или наименьший главный показатель преломления а. Совокупность волновых нормалей, соответствующих показателю преломления у, определяет плоскость, нормаль к которой Z называется наибольшей главной осью преломления. Точно так же семейство волновых нормалей в направлениях, соответствующих наименьшему показателю преломления а, определяет плоскость с нормалью X, называемой наименьшей главной осью преломления. Оси X и Z перпендикулярны друг другу. Направление, перпендику* лярное к осям X и Z — ось У, — называется средней главной осью преломления; ей соответствует средний главный показатель преломления р. (Отношения скорости света в вакууме с к главным показателям преломления а, р, у называются главными нормальными скоростями и。，&0 и %; например ^=с/а.)
Теперь мы можем определить индикатрису преломления, позволяющую наиболее сжато отобразить преломляющие свойства тела. Она представляет собой эллипсоид, полуоси которого параллельны осям X, У и Z и имеют соответственно длины а, В и у. Индикатриса является трехмерной моделью, с помощью которой можно определить два показателя преломления, соответствующих любому данному направлению волновой нормали внутри тела. На фиг. 19 изображена индикатриса, рассеченная проходящей через центр плоскостью, перпендикулярной данному направлению волновой нормали. Сечение представляет собой эллипс, длины наибольшей и наименьшей полуосей которого пропорциональны двум соответствующим (не главным) показателям преломления пр и nq. (Индикатриса преломления во многом аналогична индикатрисе поглощения, описанной в гл. 4. Одно из главных отличий состоит в том, что индикатриса преломления обычно имеет почти сферическую
форму, тогда как форма индикатрисы поглощения может сильно отличаться от сферической.)
Индикатриса может быть положительной или отрицательной (т. е. вытянутой или сплюснутой). Она называется положительной в том случае, если
11
Знак индикатрисы можно определить и другим способом, эквивалентным первому, а именно индикатриса
Фиг. 19. Метод определения двух (не главных) показателей преломления пр и tiq для данного направления волновой нормали N и данной индикатрисы преломления.
будет положительной, если оптический аксиальный угол 2V меньше 90°. Определение этого угла дано ниже.
В общем случае двупреломление анизотропно преломляющего тела определяется не одной, а тремя величинами, представляющими собой разности между главными показателями преломления: 丿丫冃=丫一р, 丿肥= =Р — а и 4a = Y — а・ Их можно назвать соответственно первым, вторым и общим коэффициентами двупреломления.
Для гомогенного тела, не обладающего заметным поглощением в видимой области, можно определить такое направление волновой нормали, т. е. такую ось, для которой соответствующие показатели преломления пр и nq одинаковы. В общем случае анизотропно поглощающее тело имеет две такие оси, называемые оптически- ми осями; они образуют равные углы V с осью Z, а угол
между ним 2V называется оптическим аксиальным углом. Если тело имеет две оптические оси, оно называется двуоснопреломляющим.
Некоторые тела имеют только одну оптическую ось; иными словами, в них обе оптические оси совпадают. Такое тело называется однооснопреломляющим. Оно имеет только два главных показателя преломления, называемых «обыкновенным» (со) и «необыкновенным» (8). Если индикатриса, представляющая собой в данном случае эллипсоид вращения, положительна, то е>з, если она отрицательна, то е<з. Модуль разности |е — coI называется двупреломлением одноосного тела и обозначается через 丄(Многие авторы называют двупреломлением разность 8 — со； эта величина имеет положительный или отрицательный знак в зависимости от того, положительна или отрицательна индикатриса. Часто двупреломление обозначают символом Дп.) Если волновая нормаль данного луча внутри тела наклонена к оптической оси, то один из двух показателей преломления остается равным главному показателю преломления з, а значение другого лежит между со и 8； его можно обозначить через е7. Поляризованный луч, для которого показатель преломления одноосного тела равен (о, называется обыкновенным (О-луч), а луч, для которого показатель преломления равен е (или е‘)，называется необыкновенным (Е-луч).
Если пучок падает нормально к двупрелом л яющей пленке, то направление волновой нормали у двух поляризованных компонент внутри пленки, конечно, одинаково (направление, перпендикулярное пленке). Поэтому в данном случае мы рассматриваем только одно сечение индикатрисы преломления, а именно сечение, параллельное пленке.
В этом случае процесс преломления можно назвать плоским двупреломлением. В общем случае сечение является эллиптическим. Главные оси эллипса могут быть названы наибольшей и наименьшей осями (или осью наименьшей скорости S и осью наибольшей скорости F). Длины наибольшей и наименьшей полуосей соответствуют наибольшему и наименьшему показателям
преломления ур и ctp, а модуль разности между ними представляет собой плоское двупреломление /@.
ПРИМЕНЯЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Двупреломляющие поляризаторы обычно изготовляются из исландского шпата (СаО • СО2)——прозрачного, однооснопреломляющего кристалла, принадлежащего к гексагональной кристаллографической системе и имеющего отрицательную (сплюснутую) индикатрису. Общее двупреломление исландского шпата довольно велико； так, для линии натрия 5983 А [7, 402]
/=18 —(0, = ! 1,486 — 1,658| = 0,172.
Для линий 3400 А и 7600 А величина / составляет соответственно 0,195 и 0,167. Эти значения так велики, что даже пучки, имеющие большую угловую апертуру, поляризуются' в достаточной степени. Исландский шпат прозрачен от 2400 А в ультрафиолетовой области до 1,8 мк в инфракрасной [57]. За пределами этой области вещество обладает сильным поглощением и некоторым дихроизмом.
Другим подходящим материалом является нитрат натрия (NaNO3). У него е= 1,3369, (о= 1,5854, так что 7 = 0,2485, т. е. превосходит значение / для исландского шпата. Кварц ——положительный одноосный кристалл — имеет двупреломление, равное
j=|e_(01 = 11,553 —1,5441 = 0,009.
Это очень маленькое значение, и поэтому кварц редко применяется для изготовления поляризаторов, но часто используется для фазовых пластинок. Различные двупреломляющие кристаллы перечислены в справочнике [7] (см. также [402]).
При изготовлении многих двупреломляющих поляризаторов между двумя двупрелом л яющими призмами наносится тонкий слой изотропного материала. Изотропный материал должен удовлетворять многим требованиям (подробнее см. Бурио и Ленобль [57]), а именно, иметь подходящий показатель преломления, быть про-
зрачным и химически устойчивым. Обычно это вещество служит и клеем. В большинстве случаев используется канадский бальзам, показатель преломления которого равен 1,55, т. е. величине, средней между значениями показателей преломления исландского шпата. В поляризаторах, предназначенных для области длин волн, меньших 330 ммк, необходимо применять другое склеивающее вещество, так как канадский бальзам непрозрачен в этой области. Здесь можно использовать гедамин — раствор мочевино-формальдегидных смол в бутиловом спирте. Показатель преломления гедамина приблизительно равен 1,52; он прозрачен для длин волн, меньших 250 ммк [57]. Другой способ заключается в использовании тонкого воздушного зазора.
В следующих параграфах описываются различные виды двупреломляющих поляризаторов, прежде всего те, которые в настоящее время имеют широкое практическое применение.
ПОЛЯРИЗАТОР АРЕНСА
Поляризатор Аренса, изобретенный в 1886 г., состоит из трех призм из исландского шпата, склеенных канадским бальзамом в форме прямоугольного блока (фиг. 20).
Фиг. 20. Поляризатор Аренса.
Штриховкой показано направление оптической оси. В реальной призме Аренса четыре боковых грани зачернены.
Отношение длины этого блока к ширине приблизительно равно 1,9. Если неполяризованный свет падает на грань, содержащую вершину центральной внутренней призмы, то необыкновенный луч проходит прямо насквозь, а обыкновенный луч претерпевает полное
внутреннее отражение от наклонной (склеенной) внутренней поверхности (так как обыкновенный показатель преломления исландского шпата значительно больше показателя преломления клея) и поглощается зачерненной стороной поляризатора.
Это устройство обладает прекрасными характеристиками. Его поляризующая способность очень высока — она превышает 0,99999. По сравнению с другими дву- преломляющими поляризаторами призма Аренса характеризуется большой линейной апертурой (относительно длины) и большим рабочим интервалом углов. Входная поверхность перпендикулярна падающему лучу. Этот поляризатор применяется в поляризационных микроскопах.
Ребро внутренней призмы, лежащее в плоскости передней поверхности, иногда довольно сильно выделяется на этой поверхности, но этот недостаток можно исправить, наклеивая на * поверхность тонкое покровное стекло.
Такой поляризатор подробно описан Йохансеном [238]. (В некоторых случаях выбирается другое направление оптической оси.) Поляризаторы Аренса производятся фирмой «Кристалл оптпкс компани》 (Чикаго).
ПОЛЯРИЗАТОР ВОЛЛАСТОНА.
ПОЛЯРИЗАТОР РОШОНА
Призма Волластона дает два ортогонально поляризованных пучка (фиг. 21). Она разлагает падающий свет на две поляризованные компоненты и обе пропускает, отклоняя в разные стороны. Призма Волластона представляет собой два куска исландского шпата, соединенных слоем канадского бальзама так, что их оптические оси перпендикулярны. Общий угол расхождения лучей ср зависит от угла при вершине клина 0 и слегка меняется с длиной волны. Этот поляризатор компактен и имеет прямоугольную форму； он успешно применяется в тех случаях, когда требуются два ортогонально поляризованных пучка.
Поляризатор Рошона (фиг. 22), изобретенный в 1783 г. [456], имеет много общего с призмой Волластона,
7 Зак. 1287
Действительно, если схематическое изображение призмы Волластона повернуть на 90°, то получится (с некоторым различием в форме призмы) схематическое изображение поляризатора Рошона. Призма Рошона тоже пропускает обе компоненты. Обыкновенный луч проходит сквозь призму без отклонения, а необыкновенный
Ф и г. 22. Поляризатор Рошона.
луч отклоняется на небольшой угол 屮，зависящий от величины угла 0 в призме 1).
ПОЛЯРИЗАТОР ГЛАНА-ФУКО.МОДИФИКАЦИЯ ТЕЙЛОРА
Призма Глана — Фуко предназначена главным образом для ультрафиолетового света, но используется
')Наибольший угол расхождения лучей (до 12°) дает призма Аббе (см. [513]). — Прим. ре&
также для поляризации инфракрасного и видимого света. Две призмы из исландского шпата отделены друг от друга воздушным зазором (фиг. 23). Оптические оси
Фиг. 23. Поляризатор Глана — Фуко.Фиг. 23. Поляризатор Глана — Фуко.
Фиг. 23. Поляризатор Глана — Фуко.
Фиг. 23. Поляризатор Глана — Фуко.
обеих призм перпендикулярны падающему пучку света и верхней грани. Угол 0, согласно Арчарду и Тейлору [11], равен примерно 38°30/, рабочий интервал углов составляет примерно 7°. Насквозь через призму проходит
Фиг. 24. Модифицированный Тейлором поляризатор Глана ——Фуко.Фиг. 24. Модифицированный Тейлором поляризатор Глана ——Фуко.
Фиг. 24. Модифицированный Тейлором поляризатор Глана ——Фуко.
Фиг. 24. Модифицированный Тейлором поляризатор Глана ——Фуко.
£луч. При этом он испытывает большие потери интенсивности при отражении на двух дополнительных границах воздух ——шпат, так что величина ki составляет лишь около 0,50 [11].
Чтобы получить большую величину 瓦，Арчард и Тейлор в 1948 г. [11] видоизменили поляризатор, расположив оптические оси обеих призм параллельно вход-
ной и верхней граням (фиг. 24). Благодаря этому потери на отражение от наклонно расположенных поверхностей уменьшились настолько, что 后i достигает 0,90.
ПОЛЯРИЗАТОР НИКОЛЯ
Призма Николя, изобретенная в 1828 г. шотландским физиком Уильямом Николем [334], была первым эффективным поляризатором, основанным на двойном лучепреломлении. В продолжении столетия слова «никоя ь» и «поляризатор» были фактически синонимами.
Фиг. 25. Поляризатор Николя.
Вверху — ромбоэдр из исландского шпата, изготовленный путем скола и разрезанный по плоскости Pi<71^2^2 (разрез склеен затем канадским бальзамом); внизу — плоскость АВ CD и оптическая ось, лежащая в этой плоскости. В' реальной призме Николя четыре боковых грани зачернены.
Здесь мы не будем подробно описывать призму Николя. Несколько десятилетий тому назад этот поляризатор почти совсем перестал применяться; в видимой области он был заменен поляризаторами Аренса, Гла- зебрука и Рошона или новыми типами дихроичных поляроидов, а в ультрафиолетовой области теперь предпочитают использовать обычные и модифицированные поляризаторы Глана ——Томпсона.
Описать призму Николя довольно сложно. Иохансен [238] посвятил этому устройству семь страниц своей книги. Общий вид призмы Николя представлен на фиг. 25. В конструкцию время от времени вносились небольшие изменения.
Призмы Николя во многом не удовлетворяли исследователей. Из-за наклонного расположения входной и выходной поверхностей: а) нужная компонента не проходит прямо насквозь, а смещается в сторону; б) выходящий пучок фактически поляризован эллиптически, а не линейно (хотя, правда, эллиптичность очень мала); в) имеется значительный астигматизм для света, попадающего в поляризатор от близко расположенных источников. Рабочий интервал углов ——от 25 до 28° [229, 238]. .・
Ряд исследователей вводили небольшие изменения в первоначальную конструкцию призмы. Модифицированная призма, предложенная в 1908 г. Галле (см. [104]), производится в настоящее время фирмой «Ваут и Ломб» (Рочестер).
ДРУГИЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ ИЗ ИСЛАНДСКОГО ШПАТА
Существует очень много типов поляризаторов из исландского шпата, но здесь будут упомянуты только некоторые из них. Остальные описаны в работах, перечисленных в § 1.
Поляризатор Глазебрука представляет собой половину призмы Аренса, описанной в § 4. Если призму Аренса разделить пополам плоскостью, перпендикулярной оптической оси (см. фиг. 20), то каждая половина будет эквивалентна поляризатору Глазебрука. Очевидно, что отношение длины к ширине (примерно 3,8) будет много больше, чем для поляризатора Аренса.
Призма Фуко аналогична призме Николя в том отношении, что ее входная и выходная поверхности тоже наклонны [107, 238]. Вместе с тем она напоминает и поляризатор Глава — Фуко, поскольку вместо канадского бальзама в ней используется воздушный зазор. Рабо-
чий интервал углов у этой призмы (около 8°) и общая пропускаемость низки.
Поляризатор Празмовского (иногда называемый поляризатором Гартнака ——Празмовского) можно рассматривать как модификацию призмы Николя, у которой входная и выходная грани перпендикулярны пучку.
Поляризатор Глана ——Томпсона аналогичен поляризатору Глана — Фуко, но имеет гораздо большее отношение длины к ширине и больший рабочий интервал углов (около 40°) [229].
Другие конструкции были предложены Мейденом [238, 308], Вертфаном [28], Сенармоном [104] и Буэ п Лафонтом [56].
В 1931 г. Коттон [95] предложил поляризатор из одной прямоугольной призмы исландского шпата (фиг. 26). Оба луча, обыкновенный и необыкновенный, проходят через призму и отклоняются на большие углы.
В 1957 г. Бурио [57] изготовил поляризатор, очень похожий на поляризатор Глазебрука, но склеенный не канадским бальзамом, а гедамином (см. § 3).
В некоторых конструкциях поляризаторов применяется один кусок исландского шпата и один или несколько кусков другого материала. В 1872 г. Талбот предложил конструкцию из одной призмы исландского шпата и одной стеклянной призмы. Аналогичные
поляризаторы были сконструированы также Лейссом в 1897 г. и Ломмелем в 1898 г. [238]. В 1901 г.①споров изобрел поляризатор, представляющий собой полусферу из исландского шпата (с оптической осью, параллельной плоской поверхности), заключенную в блок из стекла с промежуточным показателем преломления [238]. В 1936 г. Осипов-Кинг [340] предложил ультрафиолетовый поляризатор, состоящий из призмы исландского шпата и тонкой кварцевой пластинки.
В поляризаторе Фюсснера [154]； изобретенном в 1884 г., применяется тонкая пластинка исландского шпата, установленная наклонно ме5кду двумя стеклянными призмами (клиньями). Тот же принцип используется в поляризаторе Сэнга и с небольшими отличиями в поляризаторе Бертрана (см. [238]). В 1948 г. Вест (патент [П141]) предложил поляризатор, представляющий собой равнобедренную стеклянную призму, основание которой находится в контакте с тонкой пластинкой из исландского шпата. Свет входит и выходит через боковые грани. Нежелательная компонента выводится через пластинку исландского шпата, расположенную r основании призмы.
Буэ и Лафонт в 1948 г. [56] сделали несколько поляризаторов, основным веществом которых был нитрат натрия. Бертран тоже использовал нитрат натрия [238]. Фирмой «Поляроид корпорейшн» разрабатывался поляризатор, состоящий из тонкой пленки двупреломляю- щего органического полимерного материала (например, растянутого кронара), укрепленной наклонно в закрытой стеклянной кювете с жидкостью, показатель преломления которой подобран равным наибольшему показателю плоского двупреломлепия пленки. Таким образом, одна поляризованная компонента света отражается, а другая пропускается.
РАССЕИВАЮЩИЕ ДВУПРЕЛОМЛЯЮЩИЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
В некоторых двупреломляющих поляризаторах нежелательная компонента устраняется не путем разделения лучей, а в результате рассеяния ее во многих
направлениях. Такое устранение не является полным, так как небольшая часть рассеянного света проходит в прямом направлении, вдоль нужной компоненты. Тем не менее были изготовлены сравнительно хорошие поляризаторы этого типа (их можно назвать рассеивающе- двупреломляю щами).
Ямагути.Ямагути.Ф иФ и
Ямагути.
Ямагути.
Ф и
Ф и
Фирмой «Поляроид корпорейшн» создано несколько экспериментальных систем, в которых использовалось бесчисленное множество кристалликов вещества, обладающего высоким двупреломлением, например мочевино- гуанидинные смолы или кофеин. Кристаллы внедрялись в изотропную пластмассовую пленку, показатель преломления которой примерно равен одному из главных показателей преломления кристалла. Были получены вполне удовлетворительные поляризаторы с не очень большим отношением оптических плотностей (они, конечно, были мутными). Более подробно они описаны в патентах Ленда [П40—П42].
В 1955 г. Ямагути [464] изготовил поляризатор, представляющий собой слой нитрата натрия, помещенный (точнее говоря, выращенный) между двумя стеклянными пластинками с большим показателем преломления, соответствующим обыкновенному показателю преломления кристалла. Существенно, что в рассматриваемом типе поляризатора нитрат натрия представляет собой
монокристалл, оптическая ось которого параллельна длинному ребру поляризатора (фиг. 27). Каждая стеклянная пластинка отполирована с одной стороны и за- матирована с другой, находящейся в контакте с кристаллом. Если неполяризованный свет падает на эту трехслойную систему, то О-луч проходит прямо насквозь, так как для него показатель преломления не изменяется при пересечении системы. Однако показатель преломления для Е-луча изменяется очень сильно, поэтому E-Jiyq рассеивается во всех I^aпpaвлeнияx на внутренних заматиров-анных поверхностях.
ПОЛЯРИЗАТОРЫ ДЛЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО И ИНФРАКРАСНОГО СВЕТА
Почти все рассмотренные выше поляризаторы применимы в видимой области спектра. Те поляризаторы, в которых используется гедаминовый клей, или поляризаторы, содержащие воздушный зазор, применимы вплоть до 240 ммк или даже для более коротких длин волн, если длина поляризатора настолько мала, что поглощение в исландском пшате незначительно [57].
Элис и Бат [131] обнаружили, что поляризатор Гла- на — Томпсона длиной 2,5 см хорошо работает в ближней инфракрасной области в интервалах длин волн от 0,7 до 3,0 也к и от 4,4 до 4,9 мк. Кей [257] указывает, что призма Николя длиной 2,5 см применима в диапазонах от 0,7 до 2,35, от 2,47 до 2,52, от 2,65 до 2,70 и от 2,80 до 2,95 мк. Дюверне и Верньо [121] провели сравнение многих типов поляризаторов для инфракрасной об- ласти.
Следует отметить, что в ультрафиолетовой области применяются в основном двупреломляющие поляризаторы, несмотря па небольшие размеры их рабочей площади, значительную толщину и высокую стоимость.
66ОТРАЖАТЕЛЬНЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
6
6
ВВЕДЕНИЕ
В этой главе рассматриваются поляризаторы, действие которых основано на законах отражения света, а также ряд других типов поляризаторов, которые могут представлять интерес в тех или иных случаях.
Отражательным поляризатором может служить одна отражающая поверхность (например, поверхность водоема или пластинки черного стекла), две отражающие поверхности (например, две грани прозрачной стеклянной пластинки) или большое число поверхностей, как в поляризаторе, представляющем собой стопу пластинок. Последнее устройство наиболее интересно, так как оно обладает высокой поляризующей способностью и большим значением главного коэффициента пропускания. Такие поляризаторы успешно используются в инфракрасной спектрофотометрии. Название отражательный поляризатор применяется независимо от того, какой луч используется: отраженный или пропущенный. Действительно, и в том и в другом случае разделение двух ортогональных форм поляризации связано с процессом отражения от наклонной поверхности.
ПОЛЯРИЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Если монохроматический пучок падает наклонно на гладкую плоскую поверхность стекла или другого диэлектрика (фиг. 28), то отраженный луч оказывается частично линейно поляризованным с преимущественным направлением колебаний, перпендикулярным плоскости падения (плоскости, содержащей пучок и нормаль к
поверхности). Преломленный луч также оказывается частично линейно поляризованным, хотя обычно и в меньшей степени; преимущественное направление его колебаний параллельно плоскости падения.
Плоскость паденияПлоскость паденияФиг. 28. Обозначения, применяемые при рассмотрении поляризации ' света, отраженного от диэлектрика.Фиг. 28. Обозначения, применяемые при рассмотрении поляризации ' света, отраженного от диэлектрика.
Плоскость падения
Плоскость падения
Фиг. 28. Обозначения, применяемые при рассмотрении поляризации ' света, отраженного от диэлектрика.
Фиг. 28. Обозначения, применяемые при рассмотрении поляризации ' света, отраженного от диэлектрика.
Выражения для коэффициентов отражения от одной поверхности диэлектрика, помещенного в вакуум, впервые были получены Френелем и рассматривались многими авторами (Детчберн [107], Такермен [428], Дже- кинс и Уайт [229]). Если же диэлектрик находится в контакте с металлом, явление существенно усложняется (см. статью Гаррика [180] и цитированные в ней работы). Обозначим через 屮 угол падения, через г — угол преломления, а п ——показатель преломления. Если р90 — коэффициент отражения для линейно поляризован* но「о падающего света с направлением электрических ко* лебаний, перпендикулярным плоскости падения, а р0 —— коэффициент для света с колебаниями, параллельными этой плоскости, то из формул Френеля следует
(6.1)(6.1)—sin2 (中一厂) _tg2 (q) - r)
(6.1)
(6.1)
卩90 - siM (中+厂)*科)-电2 (中+r)■
На фиг. 29 приведены соответствующие кривые для п= 1,50.
Кривая для p9o( = pj_) монотонно возрастает от 0,04 до 1,00. Кривая для р0(= р ц) более сложна: она достигает нуля при таком угле 屮，для которого tg2(cp + r) =сю, т. е. для ср = arc tg п. Это условие выполняется, когда угол между отраженным и преломленным лучами
4504500306090Угол падения 仍 град0306090Угол падения 仍 градФиг. 29. Коэффициент отражения поверхности диэлектрика в вакууме.Показатель преломления п принят равным 1,50.Фиг. 29. Коэффициент отражения поверхности диэлектрика в вакууме.Показатель преломления п принят равным 1,50.d tsnHBHWUEO EHanyaaeQ*d tsnHBHWUEO EHanyaaeQ*
450
450
0306090
Угол падения 仍 град
0306090
Угол падения 仍 град
Фиг. 29. Коэффициент отражения поверхности диэлектрика в вакууме.
Показатель преломления п принят равным 1,50.
Фиг. 29. Коэффициент отражения поверхности диэлектрика в вакууме.
Показатель преломления п принят равным 1,50.
d tsnHBHWUEO EHanyaaeQ*
d tsnHBHWUEO EHanyaaeQ*
равен 90°. Такой угол называется углом Брюстера, или углом полной поляризации. Например, при п, равном 1,4； 1,5; 1,6 или 2,0, угол Брюстера составляет соответственно 54,5°, 56,3°, 58,1° и 63,4°. .
7,00
Если падающий пучок не поляризован, то для степени поляризации V отраженного пучка (определение которой дано в гл. 1) имеем
у _ Р90 РоРуо + Ро '
Эта величина равна 0 при 屮=0° или 90°. В принципе она должна быть равна 1,0, если угол 屮 равен углу Брюстера, но в действительности степень поляризации не достигает единицы, что объясняется наличием поверхностных слоев, поверхностных натяжений и другими причинами. Кроме того, форма поляризации может со-
ответствовать не прямой линии, а очень вытянутому эллипсу (см. Детчберн [107], Лауренс [287] и Мюссе [329]). Если п<2,0, то интенсивность отраженного луча мала, но если 〃^4,0, как в случае отражения инфракрасного излучения с длиной волны 2——12 мк от германия, то его интенсивность составляет примерно 40% от интенсивности падающего неполяризованного пучка (Эдвардс и Брюммер [125]).
Преломленный луч тоже частично линейно поляризован. Если предположить, что рассматриваемое тело не поглощает свет, то, зная два коэффициента отражения, легко определить два коэффициента пропускания; они равны (1 — ро) и (1р9о) •
ПОЛЯРИЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПОЛЯРИЗАТОРА, СОСТОЯЩЕГО ИЗ СТОПЫ ПЛАСТИНОК
Чтобы получить в отражательном поляризаторе вы* сокую поляризацию при высоком пропускании, обычно используют стопу по крайней мере из шести диэлектрических пластинок. Пусть 俏 пластинок расположены параллельно друг другу н не обладают поглощением, двупреломлением и рассеянием; кроме того, будем считать, что они имеют достаточную толщину и хорошо разделены, чтобы исключить нежелательные эффекты интерференции. Если свет падает на эти пластинки под углом Брюстера, то их поляризующую способность легко рассчитать с помощью формул, полученных Стоксом [414], Вудом [460], Провостеем и Десайнсом [367] и Такерме- ном [428] и приведенных Бердом и Шерклиффом [40] к следующему виду:
1一(2"/紋+1尸m l一，+(2%/紋+1严"
и
m + (2山2 — 1)2 ，(6.3)
Выражение (6.2) применимо, если на детектор попадает только одна прошедшая без отклонения компонента, как, например, в том случае, когда отраженный
луч задерживается соответствующей диафрагмой или щелью.
Выражение (6.3) применяется, если, наряду с прошедшей без отклонения компонентой, детектора достигают все отраженные и даже многократно отраженные лучи. В таких случаях процент второй нежелательной компоненты велик, и величина поляризующей способности, вычисленная с помощью выражения (6.3), значительно меньше, чем полученная по формуле (6.2). Рассмотрим, например, стопу, состоящую из шести пластинок (двенадцати поверхностей) хлорида серебра. Для нее т = 6, а 几=2,006 (для длины волны 2 мк). Подставляя эти значения в выражения (6.2) и (6.3), получаем соответственно поляризацию 99,0 и 77,3% [40].
На практике ни одно из этих выражений не определяет возможное предельное значение. Поляризация может быть даже больше, чем следует из выражения (6.2), если эксперимент проводится особенно тщательно и к тому же угол падения слегка превышает угол Брюстера [40, 414, 460]. С другой стороны, поляризация может быть меньше, чем следует из выражения (6.3), если имеет место загрязнение, двупреломление и прочее. Чар- ни [79] обратил внимание на осложнения, возникающие при измерении дихроичных отношений ориентированных полимеров в том случае, когда поляризующая способность поляризатора существенно меньше единицы.
Мейкес и Шерклифф [309] предложили устройство, позволяющее устранить отраженные лучи. Вместо того чтобы располагать шесть пластинок в виде стопы, как показано на фиг. 30, а, они разделили их на две группы, по три пластинки в каждой, установленных наклонно друг к другу (фиг. 30,6). Помимо того что такая схема почти полностью устраняет отраженные лучи, в ней отсутствует смещение выходящего пучка относительно падающего. Благодаря этому можно использовать без изменений довольно толстые имеющиеся в продаже пластинки. (Попытки уменьшить толщину приводят к возникновению двойного лучепреломления и мутности, пластинки делаются недостаточно плоскими, неровными.) Более усовершенствованная схема, предложенная Бер-
6
Фиг. 30. Поляризатор в виде стопы из шести пластинок.
а — пластинки просто установлены в ряд; б — пластинки разделены на две группы; в — две группы клинообразных пластинок, установленных веерообразно.
дом и Шерклиффом [40.], показана па фиг. 30,6. В этой схеме каждая пластинка имеет клинообразную форму (с углом при вершине около Г), а каждая группа пластинок представляет собой как бы полуразвернутый веер. В результате этого фактически ни один отраженный луч не попадает на путь следования главного пропущенного пучка.
ПРИМЕРЫ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ПОЛЯРИЗАТОРОВ
Некоторые исследователи пробовали использовать стопу в качестве поляризатора в ближней инфракрасной области [40, 309, 331, 463]. Как правило, для этого применяются пластинки из хлорида серебра (Кремере [269]); такая стопа может быть использована в инфракрасной области от I до 20 мк. Обычно поляризующая способность этого устройства составляет от 85 до 95%, а при соблюдении особых предосторожностей [40, 309] может достигать 99 или даже 99,5%. Как указывают Берд и Шерклифф [40], измерить столь высокую степень поляризации довольно трудно. Такой поляризатор представляет собой комбинацию наклонных пластинок, различных щелей, диафрагм и других деталей оптической системы, устраняющих часть нежелательных лучей, которые снижают степень поляризации. Создать другую подобную систему, скрещенную с этой громоздкой системой, очень трудно.
В поляризаторах из хлорида серебра обычно имеет место некоторое рассеяние, поэтому они характеризуются низким пропусканием и низкой поляризующей способностью для более коротких длин волн, т. е. для видимого света. Кроме того, пластинки из хлорида серебра подвержены фотолизу, поэтому их необходимо защищать от действия химически активного света.
В некоторых случаях для инфракрасных поляризаторов применяются очень тонкие (1——5 мк) селеновые пленки [90, 91, 126, 356]. При таких толщинах несущественны эффекты отклонения луча и интерференции. Согласно Конну и Итону [67, 90, 91], экспериментальные образцы поляризаторов обеспечивают очень высокую степень поляризации, порядка 99,7%, а промышленные поляризаторы, производимые фирмой «Хилгер и Ватте》， обычно дают поляризацию 96%.
Для инфракрасных поляризаторов применяются и различные другие материалы, например фтор исты й кальций и KRS-5) (Легемен и Миллер [275]). Эллиот и др. [126, 127] использовали чередующиеся слои йодистого таллия и фтористого натрия с показателями преломления, равными соответственно 2,5 и 1,3. Гаррик [181] получил очень высокую степень поляризации (примерно 99%), используя два последовательных отражения от границы раздела германий — ртуть. Митсуиши и др. [323] установили, что поляризатор, составленный из 15 слоев тонкой полиэтиленовой пленки, обладает хорошими характеристиками в области от 3 до 200 也к.
В поляризаторах для видимой области может быть использовано стекло или различные органические полимеры. С помощью 15 покровных стекол от микроскопа, установленных веерообразно, легко получить степень поляризации, равную 95%. Для поляризаторов в ультрафиолетовой области могут применяться викор и плавленый кварц.
Удачный поляризатор всего с двумя отражающими поверхностями был создан в 1831 г. Норренбергом. Он
состоит из двух параллельных, далеко отстоящих друг от друга пластинок из черного стекла. Пучок падает на первую пластинку под углом Брюстера, а отраженная компонента попадает на вторую пластинку, установленную параллельно первой [351]. В 1947 г. Пфунд [356] предложил инфракрасный поляризатор, состоящий из двух пластинок селена. Недавно Эдвардс и Брюммер [125] продемонстрировали преимущества поляризатора из двух пластинок германия; аналогичный поляризатор описан также Мейером и Гю11тхардом [317]. Применяя метод отражения, можно создать высокую степень поляризации даже для рентгеновских лучей. В 1956 г. Чандрасекаран [77], используя брэгговское отражение под углом 45°, добился степени поляризации 99,8%. Хорошие результаты получены также Джорджем [158].
РАССЕИВАЮЩИЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
Частицы пыли, молекулы газа и даже атомы совершенного кристалла способны поляризовать излучение в результате рассеяния. Рассеяние на газе, конечно, невелико; интенсивность рассеянного излучения, согласно Рэлею, пропорциональна l/仙. Степень поляризации может быть высокой. Действительно, если рассеивающим веществом является газ, и рассматривается свет, претерпевший рассеяние под углом 90°, а многократное рассеяние в условиях опыта невелико, то степень поляризации может достигать 99,5% [107]. Для больших молекул, например N2 и СО?, поляризация может составлять 90——96%. Для высокополярных молекул и для частиц пыли или других сравнительно крупных частиц степень поляризации обычно очень невелика.
Преобладающее направление колебаний рассеянного пучка перпендикулярно падающему пучку, а также рассматриваемому рассеянному пучку (фиг. 31). Таким образом, если первоначальный неполяризованный пучок В. распространяется горизонтально, то у луча S^, рассеянного под углом 90° в горизонтальной плоскости, направление колебаний будет вертикальным, а у луча Sv, рассеянного в вертикальном направлении,—горизонтальным.
Теорию рассеяния, применительно к атмосфере, разрабатывали Чандрасекар и Элберт [74, 76], Хюльст [431], Ленобль [290] и Кускер и Рибарик [274].
Результаты экспериментов по изучению поляризации света, рассеянного атмосферой, обобщили Секейра [391] и Чандрасекар и Элберт [76]. Измерения, проведенные в последнее время на различных длинах волн (включая ультрафиолетовый свет) и в различное время дня от восхода до захода Солнца, были описаны Каулсоном и др. [96].
Методы, основанные на рассеянии, могут применяться для поляризации рентгеновских и у-лучей. В экспериментах, проведенных Макмастером и Хирфордом [305], фотоны с энергией 1,1 и 1,3 Мз% испускаемые кобальтовым источником, претерпевали комптоновское рассеяние на небольшом куске меди. Излучение, рассеянное под углом 45°, выделялось с помощью точечной свинцовой диафрагмы. При этом было обнаружено, что указанное излучение в высокой степени поляризовано. Макмастер и Хирфорд описали способы регистрации и измерения поляризации.
ПОЛЯРИЗАЦИЯ С ПОМОЩЬЮ ЩЕЛЕЙ И РЕШЕТОК Если на металлическую пластинку с длинной узкой щелью падает неполяризованный свет, то свет, прошедший сквозь щель, оказывается частично линейно поляризованным. Тиссен [421] обнаружил, что если металлическая пластинка имеет достаточную толщину, то электрический вектор прошедшего света стремится стать параллельным щели, а степень поляризации тем выше, чем меньше ширина щели и чем больше длина волны света. (См. также Джонс и Ричардс [252].)
Согласно Дюбуа и Рубенсу [117], хорошим поляризатором для световых волн, длина которых больше постоянной решетки, может служить частая пропускающая решетка, сделанная из тонких металлических проволочек. Трентини [426] провел эксперименты с двумя такими решетками. Специальные конструкции поляризаторов в виде проволочных решеток описаны в патентах Брауна [П7] за 1940 и 1942 гг. Процесс их изготовления заключается в растягивании проволочек, помещенных в горячую прозрачную матрицу, например стекло, до тех пор пока диаметр проволоки не станет меньше 0,5 мк. В 1960 г. Берд н Парриш [39] создали очень топкие проволочные решетки с диаметром проволочек 0,5 мк. Поляризующая способность таких решеток в инфракрасной области от 2 до 15 мк была очень большой, причем и в видимой области она значительно отличалась от нуля. Довольно просто сконструировать проволочную решетку, пригодную для поляризации, например З-сантиметровых радиоволн. Оборудование для обнаружения и оценки поляризации этих воли выпускается фирмами «Сентрал сайнтифик компани» и《банр атомнк》. Как указывает Медлен !), обычные отражающие решетки, подобные применяемым в спектроскопии для видимой области, обладают поляризующим действием. Мичам и Петерс [316] обнаружили, что эшелеты, используемые для 3,2-сантиметровых волн, обладают поляризующей способностью, хорошо согласующейся с предсказанными значениями.
R. Р. Madden, доклад Американскому оптическому обществу, 8 апреля 1955 г.
77
7
7
ПЛАСТИНКИ, СДВИГАЮЩИЕ ФАЗУ, И КРУГОВЫЕ ПОЛЯРИЗАТОРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Пластинки, сдвигающие фазу (называемые также фазовыми, или волновыми пластинками), предназначены для изменения формы поляризации. Любую форму поляризации можно превратить в любую другую форму с помощью соответствующей фазовой пластинки. В принципе это превращение имеет к. п. д. 100%: оно не сопровождается потерей интенсивности и возрастанием потока энтропии. На практике удается подойти очень близко к этому идеалу. Фазовые пластинки в сочетании с линейными поляризаторами применяются для получения циркулярно и эллиптически поляризованного света. Они используются также для анализа такого света, например в методе так называемого фотоупругого анализа (см. гл. 10, § 8).
Различные вещества природного пропсхождепия действуют как фазовые пластинки. Исследуя сдвиг фазы, можно получить ценные сведения об их структуре. Это относится к многочисленным кристаллам, полимерным волокнам и пленкам, стеклам с остаточным натяжением и т. д.
Отсюда ясно, что изучение фазовых пластинок тесно связано с конструированием и производством определенных типов поляризаторов, с анализом поляризованного света и с исследованием структуры различных прозрачных веществ. Следовательно, таким пластинкам, безусловно, должно быть уделено большое внимание в книге, посвященной поляризованному свету и поляриза， торам.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАЗОВЫХ ПЛАСТИНОК
Фазовая пластинка может быть определена как оптический элемент, который, не меняя интенсивности и степени поляризации монохроматического поляризованного пучка света, расщепляет его на две компоненты, сдвигает фазу одной из них относительно другой и затем вновь соединяет компоненты в единый пучок.
Другое эквивалентное определение: фазовая пластинка—это оптический элемент, который изменяет любую форму поляризации пучков падающего света, за исключением двух определенных форм. Две формы поляризации, не испытывающие изменений, определяются собственны ми векторами фазовой пластинки. В зависимости от того, какими являются эти формы ——линейными, циркулярными или эллиптическими, фазовые пластинки также называются соответственно линейны ми, циркулярными или эллиптическими (многие авторы применяют для циркулярных пластинок термины «оптически активное устройство» или《ротатор》).
Собственный вектор, соответствующий наименьшему показателю преломления (наибольшей скорости распространения), можно назвать собственным вектором паи- большей скорости； этому вектору в данной книге придается особое значение. Другой собственный вектор может быть назван вектором наименьшей скорости. Два собственных вектора в идеальной однородной фазовой пластинке, конечно, ортогональны.
Очевидно, линейные и циркулярные фазовые пластинки можно рассматривать как частные случаи эллиптических пластинок. Пластинки, создающие одинаковый сдвиг фазы для света разных длин воли, называются ахроматическими. Большинство пластинок дают больший сдвиг фазы для меньших длин волн (см. § 7) и называются хроматическими.
Фазовые пластинки могут состоять из одного слоя или нескольких отдельных слоев. В некоторых случаях отдельные слои являются пластинками одного класса, а их комбинация действует как пластинка другого класса (такие комбинации называются трансцендентными
пластинками). Например, определенная совокупность линейных пластинок может действовать как циркулярная пластинка (см. § 9).
ОПТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ ДЕЙСТВИЯ ФАЗОВЫХ ПЛАСТИНОК
Чаще всего применяются двупреломляющие или отражательные фазовые пластинки. К первым относятся пластинки из кварца или исландского шпата, вырезанные параллельно оптической оси, пластинки слюды, пленки ориентированного целлофана или поливинилового спирта; кроме того, могут применяться стеклянные пластинки с остаточным натяжением.
Водный раствор декстрозы обладает циркулярным двупреломлением и вызывает сдвиг фазы. Слой воздуха, находящийся в магнитном поле, параллельном направлению распространения света, также действует как циркулярная двупреломляющая фазовая пластинка.
В отражательных фазовых пластинках используется полное внутреннее отражение (при внешнем отражении наклонно падающего луча диэлектрические пластинки являются поляризаторами). Широко известными отражательными фазовыми пластинками являются ромб Френеля и ромб Муни (см. § 7).
При работе в микроволновом или радиодиапазоне в качестве фазовых пластинок используются решетки из металлических проволок, стержней или пластин.
СДВИГ ФАЗЫ
Действие фазовой пластинки состоит в том, что она расщепляет падающий пучок света на две взаимно перпендикулярно поляризованные компоненты, сдвигает фазу одной из них относительно другой, а затем соединяет обе компоненты в единый выходящий пучок света. Величину сдвига фазы одной компоненты относительно другой будем обозначать через д. Отметим, что речь идет об относительном, а не абсолютном изменении фазы； например, двойное преломление обычно применяю-
щихся фазовых пластинок мало, и, следовательно, абсолютное изменение фазы, вызванное введением пластин ки, может быть в сотни раз больше, чем относительный сдвиг фаз. Отметим также, что рассматривается модуль сдвига фаз, поэтому он всегда положителен. Наконец, следует заметить, что сдвиг фазы есть величина, постоянная для данного вещества (при перпендикулярном падении света с определенной длиной волны) и, следовательно, не зависит от формы поляризации падающего света.
Обозначим сдвиг фазы, выраженный в циклах, через 8цн“м, а выраженный в градусах — через 。门)(очевидно, 8门)= 360 дцикл) • Наиболее распространены линейные фазовые пластинки со сдвигом фаз 90° и 180° (90°- и 180°-пластинки) ； они называются соответственно четвертьволновыми и полуволновыми пластинками.
Иногда удобно пользоваться разностью хода Г, которая представляет собой расстояние между соответственными волновыми фронтами двух компонент, образовавшихся при расщеплении. Если К——длина волны в вакууме, то Г = ХдЦикл- Преимущество величины Г состоит в том, что при изменении длины волны величина дцИКл во многих веществах изменяется примерно как 1/Z, так что разность хода в некотором приближении не зависит от длины волны.
Сдвиг фазы является экстенсивным параметром пластинки. Сдвиг фазы, вносимый двупреломляющей пластинкой, помещенной перпендикулярно пучку монохроматического света, равен произведению плоского двупреломления Jp (см. гл. 5, § 2) на отношение толщины пластинки / к длине волны в вакууме 入仪
Мнкл =厶 ± • (7・1)
Обычно направление хода лучей не рассматривается. Как правило, пучок падает на пластинку перпендикулярно, и, следовательно, два положения волнового фронта внутри фазовой пластинки параллельны входной поверхности и имеют общее направление волновой нормали. Следовательно, мы можем ограничиться рассмотрением
только одного сечения индикатрисы преломления. Разность скоростей определяется величиной /?). Длина пути измеряется вдоль нормали; она одинакова для обеих компонент и равна толщине пластинки /. Таким образом, для полной характеристики фазовой пластинки достаточно указать величины /「，/ и 入°. Если же фазовая пластинка слегка наклонена к пучку, то направления нормалей к волновому фронту у двух компонент внутри фазовой пластинки будут немного различаться. Необ- ходимо рассматривать два разных сечения индикатрисы. Кроме того, длины отрезков двух волновых нормалей внутри фазовой пластинки будут различны. Таким образом, в этом случае вычисление сдвига фазы связано с многочисленными трудностями.
ПАРАМЕТРЫ ФАЗОВОЙ ПЛАСТИНКИ
Для описания линейной фазовой пластинки достаточно указать сдвиг фаз 6 и азимут р оси наибольшей скорости (см. гл. 5, § 2). Азимут может быть определен по отношению к пучку света, идущему горизонтально вдоль положительного направления оси Z; при этом предполагается, что источник света находится в начале координат, а наблюдатель смотрит из удаленной точки на положительной части оси Z в направлении пластинки и источника. Азимутом фазовой пластинки называется угол между осью наибольшей скорости и осью X, отсчитываемый против часовой стрелки от оси X, как показано на фиг. 32. (Если сдвиг фазы выражается в угловых единицах, то исследователю приходится иметь дело с двумя типами углов: азимутальным углом р в реальном пространстве и фазовым углом 6 в абстрактном пространстве. Не следует путать эти углы.) Другим способом указания азимута является представление собственного вектора наибольшей скорости фазовой пластинки с помощью сферы Пуанкаре. Соответствующая точка лежит на экваторе и, как указывалось в гл. 2, задается углом 2入,причем 2入=2р. Заметим, что сдвиг
фаз нельзя статически задать; он представляет собой угол поворота (см. § 6).
Используя метод Мюллера, можно описать линейную фазовую пластинку с помощью 4Х4-матрицы. Способ построения матриц дан в гл. 8, а матрицы для различных конкретных случаев приведены в приложении 2. Эти матрицы похожи на матрицы поворота, обычно используемые для перехода от одной декартовой системы
Фиг. 32. Определение азимута р (в данном случае 20°) оси наибольшей скорости 尸 линейной фазовой пластинки, помегцснпой на пути пучка света, распространяющегося горизонтально вдоль положительного направления оси Z.
координат к другой, непараллельной первой. Такое сходство легко объяснить на основе соотношения (см. гл. 2) между параметрами Стокса и сферой Пуанкаре. Матрица поворота является алгебраическим выражением геометрической операции поворота сферы.
Вместо того чтобы задавать матрицу Мюллера, можно указать, во-первых, собственный вектор наибольшей скорости, выраженный через вектор Стокса, и, во-вторых, сдвиг фазы. Однако задание матрицы Мюллера обычно более удобно для дальнейших расчетов (см. гл. 8).
С помощью метода Джонса фазовую пластинку можно описать 2х2-матрицей (см. гл. 8 и приложение 2). Если пластинка однородна, то можно задать, во-первых, собственный вектор наибольшей скорости (выраженный через вектор Джонса) и, во-вторых, сдвиг фазы.
Для описания циркулярной фазовой пластинки необходимо указать направление вращения и сдвиг фазы.
В настоящей книге направление вращения определяется аналогично собственному вектору наибольшей скорости; так, мы считаем направление вращения правым, если для правоцирИулярно поляризованного света показатель преломления меньше, т. е. скорость распространения больше. Как легко показать, из этого определения следует, что правоциркулярная пластинка поворачивает направление колебаний линейно поляризованного света по часовой стрелке для наблюдателя, находящегося в удаленной точке оси Z (источник света помещен за пластинкой) .Угол поворота W равен половине сдвига фазы, |J| = i/26. Циркулярные фазовые пластинки можно также описывать с помощью матриц Мюллера или Джонса.
Для описания эллиптических фазовых пластинок надо знать сдвиг фазы и собственный вектор наибольшей скорости. Собственный вектор можно определить, указав эллиптичность, направление вращения и азимут р, или с помощью сферы Пуанкаре, вектора Стокса или Джонса, а также с помощью матриц.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТА ДЕЙСТВИЯ ФАЗОВЫХ ПЛАСТИНОК
Результат воздействия фазовой пластинки на пучок линейно поляризованного света можно определить элементарным графическим способом, а также с помощью сферы Пуанкаре или расчетов по методам Мюллера или Джонса. Элементарный графический способ очень громоздок, и пользоваться им, как правило, не рекомендуется, однако кратко о нем следует упомянуть, так как он непосредственно связан с электромагнитной теорией и, кроме того, представляет исторический интерес.
Чтобы определить графическим способом, как влияет линейная фазовая пластинка на пучок линейно поляризованного света, рассмотрим электрический вектор В падающего пучка в некоторый произвольный момент времени 八 в той точке, где свет входит в пластинку, а затем определим соответствующий вектор Р\ пучка, выходящего из пластинки. Повторяя этот процесс для раз-
личных моментов /2, %з,…，получаем достаточное число векторов выходящего пучка, чтобы через их концы можно было провести плавную кривую и получить таким образом эллипс, представляющий форму поляризации выходящего пучка.
Фиг. 33 иллюстрирует применение этого метода к линейной фазовой 45°-пластинке с осью наибольшей скорости, направленной под углом 20° к горизонтали. Пусть
Фиг. 33. Графическое определение влияния линейно!! фазовой 45°-пластинки, ориентированной под углом 20°, на пучок горизонтально линейно поляризованного света.
FF и SS — оси наибольшей и наименьшей скорости фазовой пластинки; Р \\ Pf — электрические векторы падающего и выходящего пучков.
падающий пучок поляризован горизонтально. На фиг. 33 показано, как с помощью линейки, циркуля и транспортира найти точку Р‘ на проекционной картине выходящего пучка (эллиптического), соответствующую точке Р проекционной картины падающего пучка (линсСпюго). Пусть в выбранный момепт точка Р соответствует максимальному смещению конца электрического вектора вправо. Спроектируем ОР на оси наибольшей и наименьшей скоростей и получим соответственно отрезки OU и О И Для простоты будем считать, что компонента OU распространяется без сдвига фазы, и найдем величину, на которую изменяется OV вследствие сдвига фазы 6. Для этого начертим круг радиусом О И, проведем радиус г под углом, равным сдвигу фазы 6 (в данном случае 45°), и, проектируя г на ось SS, получим OV\
Складывая геометрически OU u OVf, найдем ОР'. Точка 产 лежит на эллипсе. В силу симметрии соответствующую точку Р〃 можно определить без дополнительных расчетов.
Фиг. 34. Формы эллиптической поляризации, возникающие при наличие! линейной фазовой пластинки на пути горизонтально поляризованного света.
Пунктирной линией показано по южзние оси на ибо ibuieii ско;)осги пластинки.
Вторую пару точек эллипса можно найти, предполагая, что фаза компоненты ОР по оси наименьшей скорости не меняется, а фаза компоненты по оси наибольшей скорости сдвигается на 45°. Начертим круг ради-
усом OU, проведем радиус под углом 45° к направлению OU, спроектируем его на ось наибольшей скорости и снова построим соответствующую геометрическую сумму.
Третью пару точек получим, используя те же компоненты OU и OV. Начертим соответствующие им круги, проведем радиусы под углами 4 и 4 спроектируем их на нужные оси и найдем геометрическую сумму этих
р = -90° -67.5° 75。-22,5* О* 22,5' 45е 67,5° 90°
—e о、— eое—
Фиг. 35. Формы эллиптической поляризации, возникающие при наличии на пути линейно поляризованного свега линейной фазовой 90°-пластинки с различными азимутами р оси наибольшей скорости.
проекций. Для каждого произвольного значения А (например, 90°, —90°, 45°, —45°) получим новую точку на эллипсе, или в силу симметрии новую пару точек. Трех или четырех пар точек достаточно, чтобы приблизительно определить форму и азимут эллипса.
На фиг. 34 показано, как меняется эллипс при наличии линейной фазовой пластинки на пути пучка горизонтально поляризованного света, если ось наибольшей скорости пластинки расположена под углом р = 20°, а сдвиг фазы дГр меняется от 0 до 180°. Очевидно, что эллиптичность максимальна, когда дгр = 90°. Азимут большой оси эллипса имеет наибольшее значение при дгр = 180° (он равен при этом 20°X2 = 40°). Все эллипсы имеют правое направление вращения, причем оно изменится на левое, если фазовую пластинку повернуть так, чтобы оси наибольшей и наименьшей скоростей поменялись местами.
На фиг. 35 изображены эллипсы, которые получаются, если сдвиг фазы имеет постоянное значение 90°, а азимут р оси наибольшей скорости меняется от ——90° до 4- 90°. Окружность получается при р= ±45°. Направление вращения правое при 90°>р>0 и левое при —90°<р<0.
Если падающий пучок поляризован эллиптически и особенно если фазовая пластинка эллиптическая, то применение элементарного графического способа нецелесообразно. В этих случаях надо использовать другие, более современные методы, которые описываются ниже.
Метод сферы Пуанкаре. При оценке действия фазовых пластинок заслуживает предпочтения метод, основанный на использовании сферы Пуанкаре [369] (см. гл. 2). Принцип метода очень прост. На сфере отмечают точку Р, соответствующую форме поляризации падающего пучка, а затем сферу поворачивают вокруг соответствующей оси на нужный угол. Новое положение точки Р (отнесенное к первоначальному положению сферы) характеризует поляризацию выходящего пучка.
Осью вращения является радиус-вектор, проведенный из центра сферы в точку соответствующую собственному вектору наибольшей скорости пластинки. Угол поворота сферы должен быть равен сдвигу фазы дгр (который по определению всегда положителен). Сфера вращается по часовой стрелке для наблюдателя, находящегося в удаленной точке на продолжении радиуса вектора.
Вращение можно осуществлять как с помощью реальной модели сферы, так и с помощью стереографических проекций. Удобная модель сферы, снабженная необходимыми градусными шкалами, описана Джерардом [234] и Кестером [264]. Специальные графики типа сеток Вульфа описаны Хартшорном и Стюартом [182]; они успешно использованы Кестером [264]. Для качественных оценок часто достаточно перспективное изображение сферы, сделанное от руки (фиг. 36).
Для иллюстрации метода рассмотрим пучок света, линейно поляризованный под углом 45°; ему соответствует точка Р на фиг. 36. Этот пучок проходит через линейную пластинку, дающую сдвиг фаз 90°; пусть ее ось наибольшей скорости лежит под углом 22,5° (точка R). Теперь необходимо осуществить поворот на 90° вокруг радиуса-вектора OR по часовой стрелке. При этом точка Р опишет дугу РР‘ и попадет в точку Р‘，которая и
том же меридиане, чтотом же меридиане, чтоФиг. 36. Применение сферы Пуанкаре для определения действия линейной фазовой 90°-пластинки с осью наибольшей скорости, ориентированной под углом 22,5° （А）, на линейно поляризованный пучок света с направлением колебаний под углом 45° （尸）.Фиг. 36. Применение сферы Пуанкаре для определения действия линейной фазовой 90°-пластинки с осью наибольшей скорости, ориентированной под углом 22,5° （А）, на линейно поляризованный пучок света с направлением колебаний под углом 45° （尸）.ТОЧКИ ЭТОЙ ОКОУЖИОСТИТОЧКИ ЭТОЙ ОКОУЖИОСТИ
том же меридиане, что
том же меридиане, что
Фиг. 36. Применение сферы Пуанкаре для определения действия линейной фазовой 90°-пластинки с осью наибольшей скорости, ориентированной под углом 22,5° （А）, на линейно поляризованный пучок света с направлением колебаний под углом 45° （尸）.
Фиг. 36. Применение сферы Пуанкаре для определения действия линейной фазовой 90°-пластинки с осью наибольшей скорости, ориентированной под углом 22,5° （А）, на линейно поляризованный пучок света с направлением колебаний под углом 45° （尸）.
ТОЧКИ ЭТОЙ ОКОУЖИОСТИ
ТОЧКИ ЭТОЙ ОКОУЖИОСТИ
является искомой: она указывает форму поляризации выходящего пучка. Ясно, что пучок будет левоэллиптически поляризован, поскольку Р‘ лежит в верхней полусфере. Большая ось эллипса расположена под углом 22,5°, так как точка Р‘ лежит на и точка R, а именно на меридиане, для которого 2九= 45°; эллиптичность tg 22,5° = 0,4142 （так как 2з = —45°, следовательно, |з| =22,5°）.
Если электрический вектор линейно поляризованного падающего света направлен под углом 45° к оси наибольшей скорости фазовой 90°-пластин- ки, то после поворота сферы искомая точка совпадает с полюсом. Следовательно, такая пластинка превращает линейно поляризованный свет в циркулярно поляризованный.
Еслн сдвиг фазы составляет 180°, то дуга, которую описывает точка, будет представлять собой полукруг и точка Р перейдет в точку ", соответствующую горизонтально поляризованному свету. Если дуга превратится в замкнутую окружность, то различные
будут соответствовать всем возможным формам поляризации, получающимся при помещении на пути данного пучка линейных пластинок, имеющих определенный азимут оси наибольшей скорости и все возможные значения сдвига фаз.
Если фазовая пластинка правоциркулярная, то точка R совпадает с нижним полюсом сферы и осью вращения становится радиус, проходящий через полюс, а все дуги, соответствующие повороту сферы, параллельны экватору. Отсюда следует, что если падающий свет
Фиг. 37. Применение сферы Пуанкаре для определения действия трех расположенных последовательно эллиптических фазовых пластинок на эллиптически поляризованный свет.Фиг. 37. Применение сферы Пуанкаре для определения действия трех расположенных последовательно эллиптических фазовых пластинок на эллиптически поляризованный свет.правоэлл инти чески поляризован, то и выходящий пучок также будет правоэллиптически поляризован с той же самой эллиптичностью. Изменение сдвига фазы,вносимого циркулярной фазовой пластинкой, приводит только к изменению азимута большой полуоси эллипса выходящего пучка.
Фиг. 37. Применение сферы Пуанкаре для определения действия трех расположенных последовательно эллиптических фазовых пластинок на эллиптически поляризованный свет.
Фиг. 37. Применение сферы Пуанкаре для определения действия трех расположенных последовательно эллиптических фазовых пластинок на эллиптически поляризованный свет.
Вообще представление с помощью сферы Пуанкаре полезно не только для решения задач относительно поляризации света к влияния фазовых пластинок, но и для формулировки этих задач — оно помогает обдумывать и обсужда гь их. Многие запутанные проблемы становятся ясными, как только исследователь перейдет к графическому, предельно четкому представлению с помощью сферы Пуанкаре.
Вообще, чтобы превратить произвольную форму поляризации В в любую другую форму А, надо найти на сфере точку R, находящуюся посредине дуги, соединяющей Р【
и Р2. Эта точка определяет собственный вектор наибольшей скорости 180°-пластинки, которую следует поместить на пути пучка Pi. Если Pi и »2 представляют линейные (и неортогональные) формы, необходимо воспользоваться линейной фазовой 180°-пластии- кой, причем ось ее наибольшей (или наименьшей) скорости должна совпадать с биссектрисой угла между направлениями колебаний, соответствующих точкам Р и 夕2・ При этом несущественно, какая из осей совпадает с биссектрисой. Любые две точки Pi и Р2 можно соединить двумя дугами большого круга ——короткой и длинной. Средняя точка каждой из дуг представляет
собой А. Эти два решения и соответствуют осям наибольшей и наименьшей скорости. Можно поэтому с одинаковым правом условиться, что ось наибольшей скорости пластинки должна совпадать с биссектрисой либо острого, либо тупого угла между Pi и Р2.
Если применяется комбинация, например, трех фазовых пластинок, надо последовательно совершить три поворота сферы вокруг радиусов-векторов, соответствующих точкам Ri, & и Аз (фиг. 37). Повороты изображаются тремя дугами, конец каждой из которых совпадает с началом следующей. Свойства выходящего пучка Pd можно определить, не рассматривая свойств промежуточных пучков Ръ 〃 Рс.
Другие методы. Во многих случаях с успехом можно применять расчетные методы Мюллера и Джонса. Расчет состоит в том, что составляются вектор, описывающий падающий пучок света, и матрица пластинки, после чего вектор умножается на матрицу. Если используется комбинация, скажем, из трех фазовых пластинок, то необходимо записать три матрицы и произвести три умножения. Детально эти расчеты излагаются в гл. 8.
Частично поляризованный свет. До сих пор мы рассматривали действие пластинок на полностью поляризованный свет. К счастью, другой случай не требует подробного исследования. Пластинки почти не влияют на неполяризованный свет, и поскольку частично поляризованный свет может быть мысленно разложен на полностью поляризованный и неполяризованный, то остается только применить к первому один из изложенных выше методов, считая второй неизменным.
ХРОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНЕЙНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЛАСТИНКИ
Примерами хроматических фазовых пластинок могут служить тонкие пластинки исландского шпата (кальцита), слюды или кварца. Плоское двупреломление /卩 пластинки исландского шпата, вырезанной параллельно
9 Зак. 1287
оптической оси, составляет 0,172 для излучения натрия. Отсюда следует, что толщина 90°-пластинки из исландского шпата равна 870 мм к [см. соотношение (7.1)]. Изготовить столь тонкие пластинки очень трудно. Проще изготовлять их из материала, обладающего меньшим плоским двупреломлением. Очень удобна слюда в модификациях флогопита, мусковита или биотита; тонкие пластинки можно получить путем расщепления. Расщепление осуществляется легче, если производить его медленно и слюду поместить в воду. Можно визуально контролировать операцию, поместив слюду между скрещенными поляризаторами. Подробно способ описан Джерардом [233] и Добровольским [НО]. Методом проб и ошибок можно получить почти любую желаемую толщину; обычно плоское двупреломление равно 0,004 и, следовательно, пластинка толщиной 50 мк дает сдвиг фаз, приблизительно равный 90° для натриевого света.
Из кварца изготовляются линейные фазовые пластинки высокого качества. Они вырезаются параллельно оптической оси (в противном случае появляется эл-* липтическое или циркулярное двупреломление). Плоское двупреломление такой пластинки составляет около 0,009, так что 90°-пластинка (для натриевого света) имеет толщину примерно 15 мк.
Кроме кристаллов, применяются пленки ориентированных органических полимеров. Из пленок поливинилового спирта, нагретых и растянутых в определенном направлении, получаются прекрасные фазовые пластинки. Метод изготовления описан в статьях Ленда и Веста [281] и Веста и Мейкеса [454], в многочисленных патентах Ленда и в патенте Веста [П140]. Обычно двупреломление меньше 0,01, но в предельных случаях (когда аксиальное отношение выше 5) оно достигает 0,03 или даже 0,034 [281]; два показателя преломления при этом составляют 1,560 и 1,526. Плоское двупреломление относится к параллельному типу; это означает, что ось наименьшей скорости параллельна направлению растяжения. У многих имеющихся в продаже пластинок из поливинилового спирта величина плоскогодвупреломле^ ння ниже предельной; 90°-пластинка имеет толщину по*
рядка 20 мк. В § 10 этой главы рассматривается использование таких фазовых пластинок для создания круговых поляризаторов.
Имеющиеся в продаже пленки из милара характеризуются незначительным плоским двупреломлением. Но если тонкую полоску этого материала нагреть и растянуть, то можно получить плоское двупреломление, достигающее 0,2. Такой материал очень удобен для создания фазовых пластинок, например на 10 или 20 циклов, и поэтому может быть использован для псевдодеполяризаторов (см. § 12). Можно также применять ориентированные найлоновые пленки. Этот материал в настоящее время широко распространен и доступен.
Ацетат бутират целлюлозы после растяжения также становится оптически анизотропным. Зависимость плоского двупреломления и направления главных осей преломления от температуры образца при растягивании и от скорости этой операции исследована Макнолли и Шеппардом [307] и Вестом и Мейкесом [454]. При этом был обнаружен ряд аномалий. Исследовано также влияние пластификатора. Любопытно отметить, что у некоторых растянутых пленок двупреломление отсутствует при 550 ммк, но имеет значительную величину при 400 и 700 ммкч причем тип плоского двупреломления (параллельный или перпендикулярный) в указанных областях спектра может быть противоположным.
Растянутые пленки нитрата целлюлозы, изученные Вестом и Мейкесом [454], имеют необычные свойства. Если степень растяжения такова, что аксиальное отношение равЕЮ 2—2,5, то сдвиг фазы 6цикЛ может быть больше для света с длиной волны 700 ммк, чем для 400 ммк. Следовательно, этот материал можно использовать для создания ахроматических фазовых пластинок, так как он может компенсировать хроматизм обычно применяемых материалов (см. § 8).
Для сдвига фаз можно использовать и многие другие полимерные материалы. Имеющийся в продаже целлофан часто дает сдвиг фазы от 90 до 180° [137].
Ромб Френеля (фиг. 38, а) представляет собой стеклянную ромбическую, призму специальной формы, в
которой пучок света дважды испытывает полное внутреннее отражение и приобретает сдвиг фазы в 90°. Если показатель преломления стекла 1,51, то каждый преломляющий угол ромба должен быть примерно равен 54,6° [229]. Оптимальное значение этого угла подбирается методом проб и ошибок, разработанным Детчберном [107].
Фиг. 38. Схема ромба Френеля (а) и ромба Муни (0).Фиг. 38. Схема ромба Френеля (а) и ромба Муни (0).
Фиг. 38. Схема ромба Френеля (а) и ромба Муни (0).
Фиг. 38. Схема ромба Френеля (а) и ромба Муни (0).
(Этот метод используется в тех случаях, когда необходимо учитывать небольшой сдвиг фазы на входной и выходной поверхностях, величину которого трудно заранее предсказать.) Если пучок света падает на ромб не по нормали, а наклонно, то сдвиг фазы будет иным.
Ромб, описанный Муни в 1952 г. [324], имеет показатель преломления 1,65 и преломляющие углы 60° (фиг. 38, б). Его недостатком является то обстоятельство, что выходящий пучок направлен под определенным углом в обратную сторону, а достоинством — значительно меньшее влияние наклонного падения, вследствие чего можно применять пучки с большим угловым расхождением.
Фазовые пластинки для ультрафиолетовой области описаны Макдемоттом и Новиком [302]. В частности, для этой цели пригодны пленки из поливинилового спирта, тонкие пластинки слюды и кварца.
АХРОМАТИЧЕСКИЕ ЛИНЕЙНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЛАСТИНКИ
При использовании монохроматического света несущественно, является ли пластинка хроматической или ахроматической. Важно лишь, чтобы она соответствовала данной длине волны. Однако при работе с белым светом необходимо применять ахроматические фазовые пластинки; в противном случае сдвиг фазы дгр будет различным для разных длин волн, что усложнит результаты. (Впрочем, в некоторых случаях в руках опытного исследователя хроматизм пластинок может принести пользу; см. гл. 9 и 10.)
Ромб Френеля почти ахроматичен, по имеет очевидные недостатки ——он велик по размерам, вызывает отклонение луча и сравнительно дорог. Поэтому много усилий было затрачено на создание ахроматических фазовых пластинок пленочного типа (см. работу [454], а также патент Веста [П140]). Хорошие результаты получаются при комбинировании растянутых пленок ацетата целлюлозы и нитрата целлюлозы. Пленки располагались так, чтобы оси наибольшей скорости обеих пленок оказались скрещенными, в результате чего нормальный хроматизм ацетата целлюлозы компенсировался аномальным хроматизмом нитрата целлюлозы. Однако такая комбинация ненадежна в отношении стабильности, кроме того, нитрат целлюлозы огнеопасен.
В 1955 г. Панчаратнам [342] предложил новый тип ахроматической 90°-пластинки. Она состоит из трех слоев из одного и того же материала, например слюды. Слои 1 и 2 дают сдвиг фазы 180° для света с длиной волны 589 мм к, а слой 3 ——сдвиг 90°. Оси наименьшей скорости трех слоев образуют углы 6°52‘，34°32/ и 100°21z с некоторым эталонным направлением (направлением колебаний падающего линейно поляризованного света, который превращается в циркулярно поляризованный свет). Такая система почти совершенно ахроматична в области от 400 до 780 ммк.
Позже Панчаратнам [343] предложил несколько измененную систему. Слои 1 и- 3 дают сдвиг фазы 115°42'
и их оси наименьшей скорости параллельны. Слой 2, расположенный между ними и ориентированный под углом 69°54‘，дает сдвиг фазы 180°. Эта комбинация почти ахроматична от 410 до 680 ммк.
В 1959 г. Кестер [264] описал другой, но сходный с приведенными выше тип многослойной ахроматической фазовой пластинки.
Лостис [298] создал почти ахроматическую 180°-пла- стинку, в которой использовалось полное внутреннее отражение от наклонной к лучу поверхности со специальным покрытием. Изменения сдвига фазы во всей внди、 мой области не превышали 4%.
ЦИРКУЛЯРНЫЕ ФАЗОВЫЕ ПЛАСТИНКИ
Кварцевая пластинка, вырезанная параллельно опти
перпендикулярно оси — эллиптической. Зависиперпендикулярно оси — эллиптической. Зависической оси, является линейной, циркулярной, наклонно к оси —
перпендикулярно оси — эллиптической. Зависи
перпендикулярно оси — эллиптической. Зависи
мость сдвига фазы от длины волны исследована Херлбатом и Розенфилдом [206] (см. также [7, 75]). В соот
ветствии с типом используемого кристалла кварца направление вращения может быть правым или левым. Циркулярные и эллиптические фазовые пластинки мож
но делать также и из многих других кристаллов, соответствующим образом вырезая их.
Некоторые чистые жидкости (например, скипидар) и жидкие растворы (например, водный раствор декстрозы; см. гл. 10, § 5) также являются оптически активными. Даже чистый газ может стать оптически активным, будучи помещен в магнитное поле (см. гл. 10, § 7).
Комбинация двух линейных 180°-пластинок, ориентированных так, что их оси составляют друг с другом угол в 45°, действуют как циркулярная 90°-пластинка, что легко продемонстрировать экспериментально. Это можно также доказать теоретически, перемножая соответствующие матрицы Мюллера или Джонса двух линейных фазовых пластинок и сравнивая результат с матрицей циркулярной 90°-пластинки (см. гл. 8, § 4). Эта комбинация носит название трансцендентной пластинки. Джонс показал, что последовательновть п линейных фазовых пла-
стинок, определенным образом ориентированных относительно друг друга, эквивалентна циркулярной пластинке. Это было экспериментально подтверждено Дау- соном и Янгом [100].
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПЛАСТИНОК ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦИРКУЛЯРНО ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
Циркулярные поляризаторы можно делать из материала, обладающего круговым дихроизмом [64, 66, 94]. Однако проще использовать комбинацию линейного поляризатора, направление пропускаемых колебаний которого имеет некоторый азимут 0, и линейной 90°-пластинки с азимутом оси наибольшей скорости 0±45°. Эта комбинация создает свет, поляризованный по кругу (см. § 6).
Многие исследователи для получения циркулярно поляризованного света использовали различные комбинации линейных поляризаторов и линейных фазовых пластинок. Поляризаторы могут быть двупреломляющими, дихроичными или относиться к другим типам, а пластинки могут быть, например, из слюды. Однако наибольшее распространение получил циркулярный поляризатор CP-HN (см. патенты Ленда [П29, П37]), который состоит из поляроида HN-35 (или иного HN-поляроида) и пленки поливинилового спирта, растянутой так, чтобы получить примерно 90°-пластинку для 550 или 560 ммк. Пленка наносится тонким слоем на поляроид, так чтобы угол между их осями был 45°. В случае необходимости вся система помещается между защитными пластинками из стекла или органических полимерных материалов.
Такие поляризаторы могут быть правыми и левыми в зависимости от того, под каким углом ориентирована фазовая пластинка ( + 45° или ——45°). По производственным соображениям поляризаторы CP-HN с пластиковым покрытием выпускаются обычно правовращающими, а со стеклянными пластинками—левовращающими. Можно изготовить циркулярный поляризатор, позволяющий получить и правое и левое вращение; для этого надо
500600Длина волны, ммк500600Длина волны, ммк700700Ф и г. 39. Полное пропускание kt и полное пропускание kr па пути туда и обратно поляроида CP-HN-35.Ф и г. 39. Полное пропускание kt и полное пропускание kr па пути туда и обратно поляроида CP-HN-35.о о о о a a q оо о о о a a q о
500600
Длина волны, ммк
500600
Длина волны, ммк
700
700
Ф и г. 39. Полное пропускание kt и полное пропускание kr па пути туда и обратно поляроида CP-HN-35.
Ф и г. 39. Полное пропускание kt и полное пропускание kr па пути туда и обратно поляроида CP-HN-35.
о о о о a a q о
о о о о a a q о
линейный поляризатор поместить под углом 45° между двумя линейными 90°-пластинками, соответствующим образом ориентированными.
Общее световое пропускание kv поляризатора CP-HN-35 составляет примерно 35%. Как видно из фиг. 39, спектральная кривая kt почти горизонтальна,
Q50
следовательно, поляризатор по цвету почти нейтрален. На фиг. 39 показано также полное пропускание kr на пути туда и обратно (см. гл. 3, § 6). Его величина близка к нулю примерно в середине видимой области, где сдвиг фазы мало отличается от 90°. В .гл. 8 будут приведены матрицы для идеального двухслойного циркулярного поляризатора.
ПРИМЕНЕНИЕ ФАЗОВЫХ ПЛАСТИНОК ДЛЯ АНАЛИЗА ЭЛЛИПТИЧЕСКИ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
Систематический анализ типов, форм и степеней поляризации можно найти в ряде учебников (см., например, книги Детчберна [107], Дженкинса и Уайта [229]!))-
Фиг. 40. Типы полутеневых анализаторов.
а — 0 — 90°-анализатор; б — 45 — 45°-анализатор (дихроскоп Брайе); в - 3 -3°-анализатор; г — 87 — 87°-анализатор: д — концентричный кругов。自аиализато])；
^ — право-левый анализатор (циркулярный дихроскоп). Штриховкой показано направление осей пропускания в разных областях.
Поэтому нет необходимости подробно рассматривать здесь этот вопрос, тем более что на практике редко встречаются такие случаи, когда неизвестны ни тип, ни степень поляризации.
Чаще всего известно, что свет линейно поляризован и задача состоит в том, чтобы определить азимут колебаний. Сделать это очень просто: на пути пучка следует поместить линейный поляризатор с известным направлением
См. также [515, 519]. — Прим, ред.
пропускаемых колебаний (который в данном случае служит анализатором) и установить его под таким азимутом Л, который соответствует максимальному гашению света. Тогда азимут колебаний исследуемого света будет равен 4±90°. Точные измерения могут быть выполнены с помощью полутеневых анализаторов (фиг. 40) или поляриметров, описанных в гл. 10, § 5. В этих инструментах одна половина поля освещается через наклонно расположенную поляризационную призму (призму Липпиха). Благодаря наклону призмы достигается небольшое изменение азимута поляризации. Оптимальная величина наклона определена Рудольфом [383], Кестером [265] и Иню и Кестером [218].
Другая часто встречающаяся проблема ——определение степени поляризации V пучка света, о котором известно, что он обладает частичной линейной поляризацией. Для этой цели применяется линейный анализатор, у которого величина k2 в используемой области спектра близка к нулю. Его помещают на пути пучка и поворачивают так, чтобы найти два положения, соответствующие наибольшей (/d) и наименьшей (厶)интенсивностям проходящего света. Измерив эти интенсивности, величину V определяют по формуле:
(7.2)
Вейль [448] предложил фотоэлектрический метод измерения степени поляризации (а также степени деполяризации в газах и жидкостях). В его установке используются поляризационные призмы Волластона и Глазе- брука.
Чтобы определить направление вращения в том случае, когда известно, что свет циркулярно поляризован, нужно на пути света поместить правоциркулярный анализатор. Если он гасит свет, то последний имеет левоциркулярную поляризацию; если же интенсивность не меняется, то правоциркулярную. Можно также использовать линейную 90°-пластинку, горизонтально ориентировав ее ось наибольшей скорости. Если азимут выходящего (линейно поляризованного) пучка равен +45°, то
первичный свет имеет правоциркулярную поляризацию. Некоторые люди способны визуально различать правую и левую циркулярную поляризацию (см. гл. 10, § 2).
Более трудной задачей является определение пара、 метров эллиптически поляризованного пучка (см. гл. 1, § 2). Для этой цели применяется простой эллипсометр, типа предложенного Брауном [62] или Скиннером [400], или различные более сложные эллипсометры, выпускаемые, например, фирмами 《「ертнер сайентифик корпо- рейшн» или 《Квантум инкорпорейтед» (см. также работы Ротена [381] и Рудольфа [383]). Главной деталью любого эллипсометра является градуированная линейная фазовая пластинка, или компенсатор, который можно установить так, чтобы получить определенный сдвиг фазы (например, 90°) для любой длины волны. Для этой цели пригодны по крайней мере восемь типов фазовых пластинок. Их свойства сопоставляются в работах Джерарда [231], Джессопа [236], Рича [372], Ричартса и Сю [374] и Уолкера [436]. Имеются подробные расчеты компенсаторов Сенармона [155, 182, 231], Бабине [107, 179, 364], Тарди [236], Берека [182] и различных других компенсаторов. Вопросы стандартизации компенсаторов и других фазовых пластинок рассматривались Лайном [276] и Рендалом [370]. Исследованию света с очень малой эллиптичностью посвящена работа Тсуруми [427]. Пластинка Савара и другие вспомогательные устройства, используемые для анализа, описаны Вудом [460], Стронгом [415], Файлоном [143], Иохансеном [238], Рамачандраном и Рамасешаном [369], Ван Хелем [433] и многими другими.
Методы оценки форм поляризации в микроволновой области приведены в обзоре Аллена [3].
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПЛАСТИНОК В КАЧЕСТВЕ ПСЕВДОДЕПОЛЯРИЗАТОРОВ
В некоторых случаях даже незначительная поляризация света может быть серьезной помехой, например в спектрофотометрах, применяемых для определения прозрачности или отражательной способности образцов,
которые обладают поляризующим действием. Поляризующее действие дисперсионных призм спектрометров исследовали Болла [50], Чарни [79], Элис и Глатт [132], Хайд [210] и Бакстер [20]. Устранить эту поляризацию чрезвычайно трудно, так как простых и достаточно эффективных методов деполяризации света практически не существует. Истинная деполяризация неизбежно должна сопровождаться понижением температуры преимущественной компоненты и увеличением энтропии пучка в целом (см. гл. 2, § 6). Некоторого успеха можно достигнуть, используя рассеяние света на системе хаотически распределенных частиц определенных размеров и формы, а также с помощью интегрирующей сферы. Однако при применении обоих этих способов сильно изменяются направление и угловое расхождение пучков; кроме того, велики потери света.
Более удовлетворительные результаты достигаются с помощью псевдодеполяризации. При этом не стремятся получить истинно неполяризованный свет, а создают такую совокупность, или смесь, различных форм поляризации, которая для практических целей не отличалась бы от неполяризованного света. Например, можно поместить на пути света серию линейных фазовых пластинок, быстро вращающихся с различными скоростями. При этом выходящий пучок трудно отличить от неполяризованного света. При работе с широкой областью спектра можно применять более простой метод, разработанный Хьюзом [202], а именно, использовать тонкий клин из кварца или другого материала, дающего сдвиг фазы, зависящий от длины волны. Можно также при* менять ряд фиксированных хроматических линейных фазовых пластинок, дающих очень большие величины сдвига фазы и имеющих различные направления осей наибольшей скорости (например, две пластинки со сдвигом фазы в 15 циклов для длины волны 550 ммк, оси которых составляют друг с другом угол 45°). Оказывается, что для большинства типов падающего поляризованного света в выходящем пучке содержится очень большое число различных форм поляризации. Формы поляризации периодически изменяются с длиной волны, причем
проходят очень много периодов в интервале от 400 до 700 ммк. Биллингс [35] исследовал свойства таких пар пластинок и показал, что можно получить такой выходящий пучок, который по своим свойствам очень близок к неполяризованному свету, если построить псевдодеполяризатор для определенной формы поляризации падающего света. Ориентированные пленки из милара (см. § 7) являются прекрасными хроматическими фазовыми пластинками со сдвигом фаз во много циклов.
88
8
8
РАСЧЕТНЫЕ МЕТОДЫ
МЮЛЛЕРА И ДЖОНСА
ВВЕДЕНИЕ
Расчетные методы Мюллера и Джонса чрезвычайно полезны для определения влияния различных поляризаторов и фазовых пластинок на проходящий через них пучок света. Метод Мюллера применим также к рассеянию света. Различные матрицы, необходимые для конкретных расчетов с помощью этих методов, приведены в приложении 2. Цель настоящей главы ——объяснить, как выводятся эти матрицы и как они применяются 9-
ОБЩАЯ СХЕМА РАСЧЕТА ПО МЕТОДУ МЮЛЛЕРА
Метод Мюллера представляет собой матричное описание светового пучка и оптического устройства, через которое проходит свет, и позволяет вычислить результат взаимодействия света с этим устройством.
Возникает вопрос, насколько необходим такой метод и почему нельзя воспользоваться обычными алгебраическими и тригонометрическими методами. Обычными методами, конечно, можно пользоваться, но они становятся чрезвычайно громоздкими, когда число поляризаторов или фазовых пластинок велико. Объем выкладок невероятно возрастает, расчет становится очень сложным, причем он различен для разных случаев. Встречаются и такие задачи, которые этими способами решить вообще невозможно.
При написании этой главы большую помощь автору оказал создатель одного из методов расчета — доктор Р, К. Джонс.
Сложность обычных методов расчета не случайна —— она обусловлена сложной природой света и вещества. Для полного описания даже монохроматического луча необходимо много параметров. Недостаточно указать амплитуду или интенсивность луча, необходимо задать также степень поляризации (один параметр) и форму поляризации (два или три добавочных параметра). Поляризаторы также имеют не одну характеристику пропускания, а две. Устройства, сдвигающие фазу или рассеивающие свет, тоже характеризуются несколькими параметрами.
Преимущества метода Мюллера состоят в том, что он дает возможность: а) сконцентрировать все необходимые для описания пучка света параметры в едином выражении, б) записать в едином выражении все параметр ы поляризатора или фазовой пластинки и в) получить результат взаимодействия света с системой различных оптических элементов (поляризаторы, фазовые пластинки, рассеивающие устройства) путем простого перемножения соответствующих выражений по определенным правилам. Таким образом, для нахождения результатов эксперимента необходимо взять соответствующие выражения из приложения 2 н перемножить их.
Пучок света описывается вектором Стокса (см. гл. 2), определяемым четырьмя параметрами /, М С, S, которые связаны с интенсивностью, преимущественной горизонтальной поляризацией, преимущественной поляризацией под углом +45° и преимущественной правой круговой поляризацией. Этот вектор записывается обычно в виде вертикального столбца или (менее формально) в виде горизонтальной строки:
-I ~
М
С или {/, М. С, S].
_ s _
Спектральная ширина пучка предполагается, с одной стороны, достаточно большой для того, чтобы свет мог быть неполяризованным, а с другой стороны —доста-
точно малой, чтобы применяемые оптические устройства можно было считать ахроматическими.
Выражение, описывающее любое оптическое устройство (поляризатор, фазовую пластинку и т. д.), называется матрицей Мюллера. Она состоит из четырех строк и четырех столбцов (4Х4-матрица) и содержит, таким образом, 16 элементов. К счастью, во многих случаях большинство элементов равно нулю. Конкретные матрицы характеризуют не только само устройство, но и его ориентацию (азимут). Так, например, матрица линейного поляризатора, ось пропускания которого горизонтальна, отлична от матрицы того же поляризатора, но повернутого, например, на 37°. Таким положениям оптического устройства, при которых входными являются разные поверхности, также соответствуют различные матрицы. При наклонном падении света матрицы тоже изменяются.
Матрица описывает оптическое устройство по отношению только к одному выходящему пучку света. Так, с помощью матрицы Мюллера можно исследовать только один из двух пучков, выходящих из призмы Волластона. Если же оба они представляют интерес, то необходимо пользоваться двумя матрицами и провести два отдельных расчета.
Умножение матриц Мюллера производится по обычным правилам матричной алгебры. Необходимо соблюдать следующее условие: вектор, представляющий падающий свет, записывается справа, а матрицы, соответствующие различным устройствам, располагаются последовательно друг за другом, так что матрица устройства, проходимого светом последним, записывается слева.
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАСЧЕТА ПО МЕТОДУ МЮЛЛЕРА
Рассмотрим эксперимент, в котором пучок неполяри- зованного света с интенсивностью, равной единице, падает на простейший идеальный линейный поляризатор с горизонтальной осью пропускания. Вектор Стокса для
такого падающего пучка имеет вид {1, 0, 0, 0} (см. гл. 2, § 3). Матрица Мюллера поляризатора записывается следующим образом:
%
0
0"
%
0
0
0
0
0
0
••
_ 0
0
0
0_
Чтобы найти свойства выходящего пучка света, надо умножить вектор, описывающий падающий свет, на матрицу, характеризующую поляризатор:
%
0
0~
"1 ■
%
%
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0_
В общей форме эта
запись будет
выглядеть так:
加12加13他14-
^21
77^22加"23"^24
М
加31
^32血 33"34
С，
“41
血42加43加44-
_ S _
и в соответствии с обычными правилами матричного умножения произведение запишется в следующем виде:
7%/ + /п12Л1 + ^1з^ + m14S^
加2/ + "22m + 加23c + m2^S
加3/+加32M +加33e十加34s
一现41/ + 加 42M + ?n43c + 加 44s_
Каждая строка матрицы, представляющей собой произведение, содержит сумму членов. Следовательно, каждая строка фактически содержит один элемент. Таким образом, это выражение является вектором
Ю Зак 1287
с четырьмя параметрами, записанным в виде столбца, а не 4Х4-матрицей.
В общей форме произведение выглядит довольно громоздко, но на практике оно часто очень упрощается, так как многие элементы равны нулю. В рассматриваемом случае мы имеем следующее произведение:
十。（0厂
+0（。）
+0(0)
или просто
0
+0(0),
_ 0 _
-%⑴ +%(0) %⑴+%(0)
0(0)+0(0)
-0(0) +0(0)
Последнее выражение и представляет собой решение. Его первый элемент равен %, откуда следует, что выходящий пучок имеет интенсивность 〔友.Второй член положителен, следовательно, поляризация преимущественно горизонтальная. Последние два члена равны нулю. Отсюда можно заключить, что в результате получается пучок света, имеющий 100%-ную линейную горизонтальную поляризацию (см. гл. 2).
В качестве второго примера рассмотрим прохождение горизонтально поляризованного пучка света с интенсивностью, равной единице, через простую идеальную фазовую 180°-пластинку, ось наибольшей скорости которой расположена под углом 45°. Вектор, описывающий падающий свет, имеет вид {1, 1, 0, 0}, матрица пластинки:
-1000~
0—100
0010
_ 000—1 _
а их произведение есть
г о о
0—10
0-~1 ■
0 1
1 一
-1
оо
о
о
00 1
00 0 —1
о
о
о ООО ООО 0 J Lo 1о ООО ООО 0 J Lo 1О 0"0 —11 О Xо оО 0"0 —11 О Xо о0 0~ - 1 -0 0~ - 1 -XXооооо оо оо о о о о оо о о о о о
о ООО ООО 0 J Lo 1
о ООО ООО 0 J Lo 1
О 0"
0 —1
1 О X
о о
О 0"
0 —1
1 О X
о о
0 0~ - 1 -
0 0~ - 1 -
X
X
о
о
о
о
о о
о о
о о о о о о
о о о о о о
Как указывалось в гл. 2, последний вектор описывает выходящий пучок вертикально поляризованного света с интенсивностью, равной единице.
Если, например, свет проходит четыре оптических устройства, необходимо использовать четыре матрицы и произвести четыре умножения. Если эти четыре матрицы обозначить через [М], [М2], [〃з1 и [MJ а через [К]— вектор Стокса падающего света, то процедуру определения вектора Стокса [У/ выходящего света схематически можно записать следующим образом:
W/WWMHM][匕]=[匕].
Рассмотрим эксперимент, в котором пучок левоциркулярно поляризованного света с единичной интенсивностью падает на последовательность следующих четырех устройств: 1) линейный поляризатор с горизонатальной осью пропускания; 2) линейная фазовая 90°-пластинка, ось наибольшей скорости которой направлена под углом 45°; 3) линейный поляризатор с осью, направленной под углом 45°; 4) правоциркулярная фазовая 90°-пластинка. Вектор Стокса падающего света определяется по табл. 1, а матрицы Мюллера для указанных устройств (которые предполагаются простыми, однородными и идеальными) приведены в приложении 2. Далее необходимо произвести умножение:
。о0]「％о%
00100оо
О—1оо%о%
_0001J L0оо
1П*
Вынося множитель
~1000}
1 00 10
Т 0 —1 0 0
_о о 0 1J
1/2 из двух матриц, получаем:
Г1010 -~100О'
0000000—1
10100010 Х
L0000 JLo100_
■110о1Г1 -
11000
к 00000
_000ojL—1 _
Согласно правилам матричной алгебры, произведение зависит от последовательности умножения. Необходимо производить умножение справа налево. Таким образом, сначала [VJ умножается на самую правую матрицу [Mi], результат умножается на [ЛТ2] и так далее. Произведя четыре умножения, получим следующий окончательный результат:
1Т1Т1
1Т
1Т
Оо
Отсюда видно, что выходящий пучок имеет 100%-ную линейную горизонтальную поляризацию, а его интенсивность равна %.
Четыре устройства, рассмотренные в этом примере, так просты, что, очевидно, каждый, кто имел дело с поляризаторами, может предсказать результат без расче* тов. Однако это невозможно в том случае, когда поляризаторы и пластинки не идеальны или ориентированы под произвольными углами или хотя бы некоторые из них относятся к эллиптическому типу. Тогда результат уже нельзя вычислить в уме. Метод же Мюллера в этом случае остается таким же, как в простейшем примере, приведенном выше. Элементы матриц могут быть несколько сложнее, но сама процедура остается неизмен-
ной. Дело сводится к простым арифметическим выкладкам. Не требуется никаких специальных соображений, кроме нахождения матриц, записи их в нужной последовательности и умножения справа налево.
МАТРИЦА МЮЛЛЕРА ДЛЯ СОВОКУПНОСТИ УСТРОЙСТВ
Часто бывает полезно объединить серию матриц для данной последовательности оптических устройств в единую матрицу, которую называют матрицей совокупности. Такой способ имеет два преимущества. Во-первых, такая матрица позволяет составить представление об эффекте, создаваемом совокупностью оптических устройств, и, во-вторых, что еще более важно, искомый результат для любого падающего пучка света может быть получен одним умножением.
Рассмотрим последовательность четырех устройств, описанную в предыдущем параграфе. Опустим временно вектор [Vi] и перемножим четыре матрицы [М]. В данном случае результат будет
~1 1 0 0~
_0 0 0 0_
Мы, очевидно, получили матрицу линейного поляризатора с горизонтальной осью пропускания, у которого коэффициент пропускания вдвое меньше, чем у идеального поляризатора. Иными словами, вся рассматриваемая система эквивалентна одному поляризатору, независимо от степени и типа поляризации входящего пучка. Следовательно, во всех экспериментах, в которых используется эта совокупность устройств (с данными азимутами и данным расположением входных поверхностей), достаточно применять приведенное простое выражение для [MJ.
Концентрация всей необходимой информации в одну матрицу, конечно, существенно упрощает проблему для
тех случаев, когда имеется большое число устройств и целый набор различных входящих пучков.
В качестве другого примера рассмотрим циркулярные поляризаторы, выпускаемые в продажу. Они состоят из линейного поляризатора и линейной 90°-пла・ стинки, взаимно ориентированных под углом в 45°. Если ось пропускания поляризатора горизонтальна,а ось наибольшей скорости пластинки расположена под углом 45° (и оба устройства можно считать идеальными), то матрица совокупности вычисляется следующим образом:
Г 0 0 0 財1= 0 о 0 1Г 0 0 0 財1= 0 о 0 10 0~0 —11 0о о0 0~0 —11 0о о% %о оо о% %о оо о0 0"О 0 _ 10 о =芽 о о0 0"О 0 _ 10 о =芽 о о1 1 о 0~0 0 0 00 0 0 0110 01 1 о 0~0 0 0 00 0 0 0110 0ПоследняяПоследняяматрицаматрицаустройств. (Обращаясьустройств. (Обращаясьописывает совокупностьописывает совокупностьдвухдвухк приложению 2, мы видим, чток приложению 2, мы видим, чтоэта матрица отличается от матрицы однородного циркулярного поляризатора.) Если положение источника и наблюдателя поменять местами, так чтобы свет вначале падал на пластинку (в этом случае ее ось наибольшей скорости будет ориентирована под углом —45°), тоэта матрица отличается от матрицы однородного циркулярного поляризатора.) Если положение источника и наблюдателя поменять местами, так чтобы свет вначале падал на пластинку (в этом случае ее ось наибольшей скорости будет ориентирована под углом —45°), тополучится следующая матрицаполучится следующая матрица1110 о10 о0 0000 00000000000совокупности:1"1о・0совокупности:1"1о・0В качестве последнего примера рассмотрим комбинацию из двух линейных фазовых 180°-пластинок, пред-В качестве последнего примера рассмотрим комбинацию из двух линейных фазовых 180°-пластинок, пред-45°.45°.матрица их совокупности будет-10 0 叮「1。0 0一"100 0-0 —1 000 1000 —10 000 100 0 —10—00—10*0 0 0 —iJLo 0 0—1-—0 о 0 1матрица их совокупности будет-10 0 叮「1。0 0一"100 0-0 —1 000 1000 —10 000 100 0 —10—00—10*0 0 0 —iJLo 0 0—1-—0 о 0 1положив, что азимут оси первой 0°, а второйположив, что азимут оси первой 0°, а второйТогдаТогда
Г 0 0 0 財1= 0 о 0 1
Г 0 0 0 財1= 0 о 0 1
0 0~
0 —1
1 0
о о
0 0~
0 —1
1 0
о о
% %о оо о
% %о оо о
0 0"
О 0 _ 1
0 о =芽 о о
0 0"
О 0 _ 1
0 о =芽 о о
1 1 о 0~
0 0 0 0
0 0 0 0
110 0
1 1 о 0~
0 0 0 0
0 0 0 0
110 0
Последняя
Последняя
матрица
матрица
устройств. (Обращаясь
устройств. (Обращаясь
описывает совокупность
описывает совокупность
двух
двух
к приложению 2, мы видим, что
к приложению 2, мы видим, что
эта матрица отличается от матрицы однородного циркулярного поляризатора.) Если положение источника и наблюдателя поменять местами, так чтобы свет вначале падал на пластинку (в этом случае ее ось наибольшей скорости будет ориентирована под углом —45°), то
эта матрица отличается от матрицы однородного циркулярного поляризатора.) Если положение источника и наблюдателя поменять местами, так чтобы свет вначале падал на пластинку (в этом случае ее ось наибольшей скорости будет ориентирована под углом —45°), то
получится следующая матрица
получится следующая матрица
1
1
1
0 о
1
0 о
0 0
0
0
0 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
совокупности:
1"
1
о・
0
совокупности:
1"
1
о・
0
В качестве последнего примера рассмотрим комбинацию из двух линейных фазовых 180°-пластинок, пред-
В качестве последнего примера рассмотрим комбинацию из двух линейных фазовых 180°-пластинок, пред-
45°.
45°.
матрица их совокупности будет
-10 0 叮「1。0 0一
"100 0-
0 —1 000 100
0 —10 0
00 100 0 —10
—
00—10*
0 0 0 —iJLo 0 0—1-
—0 о 0 1
матрица их совокупности будет
-10 0 叮「1。0 0一
"100 0-
0 —1 000 100
0 —10 0
00 100 0 —10
—
00—10*
0 0 0 —iJLo 0 0—1-
—0 о 0 1
положив, что азимут оси первой 0°, а второй
положив, что азимут оси первой 0°, а второй
Тогда
Тогда
Результат совпадает с матрицей однородной правоциркулярной фазовой 180°-пластинки. Таким образом, в этом случае две линейные фазовые пластинки действуют так же, как одна циркулярная.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ МАТРИЦ МЮЛЛЕРА
Матрицы Мюллера не выводятся из электромагнитной теории света или из какой-либо другой теории, а имеют скорее феноменологическое обоснование. Они были открыты в процессе экспериментов или на основе прежних экспериментов. *
Рассмотрим, например, результат внесения циркулярной 180°-пластинки в пучок линейно поляризованного света. Из экспериментов известно, что направление колебаний света при этом поворачивается на 90°. Это означает, что знаки второго и третьего элементов вектора Стокса должны измениться. Так, например, входящий пучок с вектором {1, 0,7, 0,7, 0} превращается в выходящий пучок с вектором {1,——0,7,——0,7, 0}. Какая 4Х4-матрица может превратить первый вектор во второй? Каждый, кто знаком с матричной алгеброй, сразу увидит, что этому условию удовлетворяет следующая простая матрица:
1
0
0
0一
0
-1
0
0
0
0
-1
0
0
0
0
1
Это и есть матрица Мюллера для идеальной циркулярной 180°-пластинки, как правой, так и левой (см. приложение 2).
Такой же подход используется и для других типов пластинок, для любых поляризаторов и других устройств. Делаются определенные предположения о том, какие элементы должна содержать 4Х4-матрица, и затем проверяется, насколько удовлетворительно выполняются эти предположения. Матрицу можно считать
вполне удовлетворительной, если она дает правильные результаты для четырех независимых типов входящего пучка, например: 1) неполяризованного света, 2) горизонтально линейно поляризованного света, 3) света, линейно поляризованного под углом 45°, и 4) правоциркулярно поляризованного света.
Задача нахождения матрицы [Ре] для поляризатора с произвольным азимутом 0 решается просто, если известна матрица [Р。] поляризатора с исходной ориентацией, например с горизонтальной осью пропускания. Применяя обычные правила матричной алгебры, вычисляем следующее произведение:
[用=m(一29)]冏团(2肌
где [Г(20)] — известная матрица поворота:
-1000'
0С2 s2 0
0 —S2 c2 0
00 0 1
в которой через С2 и S? сокращенно обозначены cos 20
и sin 20, а [Т(—20)] — матрица обратного поворота, отличающаяся от [Г(20)] только знаками синусов S?. Выполняя умножение, получаем
"1 00 0'
- % %00-
- 10 0 0~
0 C2 — S2 0
% % 0。
0 C2 s2 0
風=
0 S2 c2 0
0 000
0 — 5*2 C*2 0
=
.0 00 1 _
0 0 0 0
一0 0 0 1_
1С2S2
0~
1
。2 C2C2s2
0
S2 с2s2s^
0
.000
0_
Точно так же производится расчет для линейных фазовых пластинок, а также для эллиптических поляриза-
торов и эллиптических пластинок： матрица устройства с произвольным азимутом вычисляется по матрице устройства с исходным азимутом с помощью матриц поворота и обратного поворота.
Представляет интерес и иная формулировка: матрица устройства с произвольным азимутом может быть представлена в виде произведенйя трех матриц, причем средняя описывает устройство с исходным азимутом, а две другие связаны только с поворотом.
Важная роль, которую играют матрицы поворота, не может вызвать удивления у тех, кто знаком с методом сферы Пуанкаре и помнит, что любое изменение формы поляризации эквивалентно соответствующему повороту сферы.
В приложении 2 приведены наиболее важные матрицы Мюллера. Матрицы для некоторых типов рассеивающих объектов даны в работах Чандрасекара и Элберта [76], Ленобля [290] и Хюльста [431].
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ МЕТОДА РАСЧЕТА МЮЛЛЕРА
Профессор Ганс Мюллер сформулировал свой метод в начале сороковых годов в лекциях, читавшихся в Массачусетском технологическом институте, и в последующие годы развивал и совершенствовал его. Несмотря на важность этого метода и на то, что он существует уже двадцать лет, он почти не упоминается в опубликованных книгах по оптике. Первые сведения о нем можно найти в работах [326, 327].
Метод Мюллера основан на результатах, полученных рядом предыдущих исследователей, в том числе Стоксом, Солейлем, Перреном. В 1852 г. Стокс [413] ввел вектор, носящий теперь его имя, и показал, что этот вектор необходим и достаточен для описания пучка света: всякие два пучка, не различающиеся по своим свойствам, имеют один и тот же вектор, и, напротив, всякие два пучка, которым соответствуют разные векторы, при некоторых условиях обнаружат различное поведение-
В 1929 г. Солейль [407] указал, что вектор Стокса преобразуется линейно. Чтобы найти изменение вектора, обусловленное, скажем, введением поляризатора, надо определить каждый из параметров выходящего пучка, складывая четыре простых произведения, например Sj = 〃]S] a2s2 ~Н。3‘3 Н- а4s4，
где Si, S2, S3 и S4 — параметры входящего пучка, а коэффициенты аь 。2, аз и 。4 — постоянные величины для данного поляризатора при данной ориентации.
Перрен [353] показал, что эти линейные соотношения можно записать в матричной форме. Мюллер связал вектор Стокса и матричные 4Х4-формы. Он построил большое число матриц, разработал феноменологическую основу метода и продемонстрировал его плодотворность, решив ряд различных задач, которые прежде казались неразрешимыми.
В 1948 г. Парке [347—*350] применил новый метод к неполяризованному свету и строго связал его с электромагнитной теорией. Хюльст [431] применил эти расчеты к различным сложным типам рассеяния света. Этим вопросом занимались также Чандрасекар и Элберт [76] и Ленобль [290]. Фано [139] и Макмастер [303, 304, 306] рассчитали с помощью 4Х4-матриц рассеяние у-лучей. Работы по этому вопросу принадлежат также Джонсу [243, 2 511, Биллингсу [36], Биллингсу и Ленду [34], Уолкеру [437] и Уиксу [445].
ОБЩАЯ СХЕМА МЕТОДА РАСЧЕТА ДЖОНСА
Метод расчета, предложенный в 1940 и 1941 гг. Джонсом [207, 239—241, 243—245, 251], представляет собой другой способ, в котором входящий пучок описывается с помощью вектора, оптическое устройство — с помощью матрицы, а результат взаимодействия также получается умножением вектора на матрицу. Преимущества метода Джонса по сравнению с методом Мюллера состоят в том, что, во-первых, в нем используются матрицы меньшего размера (2X2 вместо 4X4) и, во- вторых, метод применим для решения таких задач, в ко-
торых необходимо учитывать фазовые соотношения. В методе Джонса многие элементы матриц являются ком* плексными. Однако метод Джонса совершенно неприменим к деполяризующим устройствам. Таким об、 разом, каждый метод имеет свои недостатки и преимущества. Обстоятельное сравнение обоих методов произвел Парке [347—350] (см. также § 9). ”
При использовании метода Джонса необходимо записать вектор Джонса для входящего света, затем выписать соответствующие матрицы Джонса для поляризаторов и фазовых пластинок, через которые проходит свет, и, перемножая эти выражения, получить вектор Джонса для выходящего света.
Определение вектора Джонса дано в гл. 2, § 4, а в табл. 1 приведены примеры для наиболее интересных случаев. Так, горизонтально поляризованный свет и правоциркулярно поляризованный свет имеют следующие полные векторы Джонса:
которые ном) виде:которые ном) виде:'1 'О'1 'ОИИ汽1汽1
которые ном) виде:
которые ном) виде:
'1 'О
'1 'О
И
И
汽
1
汽
1
Матрицы Джонса для большинства важных поляризаторов и фазовых пластинок приведены в приложении 2. Каждая матрица описывает данное устройство при заданной ориентации и для фиксированной входной поверхности. Чтобы определить матрицу Джонса, исходят из обычного математического выражения, описывающего монохроматический (поляризованный) цуг волн и математическим путем определяют те изменения, которые возникают при введении на пути света данного
поляризатора или фазовой пластинки (по этому вопросу см. работы [239, 244]).
Матрицы, приведенные в приложении 2, имеют простейшую форму и называются стандартными матрицами. Они очень удобны для исследования интенсивности и формы поляризации выходящего пучка. Однако они не дают никакой информации об изменении абсолютной фазы. Чтобы определить абсолютную фазу выходящего пучка, необходимо пользоваться полной матрицей. Например, полная матрица идеального однородного линейного поляризатора, ориентированного так, что ось пропускания горизонтальна, имеет следующий вид:
-e-i2nnd/Kv °--О 0.-e-i2nnd/Kv °--О 0.или产小или产小■ 1 о-о о■ 1 о-о о
-e-i2nnd/Kv °-
-О 0.
-e-i2nnd/Kv °-
-О 0.
или产小
или产小
■ 1 о-о о
■ 1 о-о о
где 几 ——соответствующий показатель преломления, d —— толщина и 九。——длина волны в вакууме. Очевидно, что член ехр (—i2nnd/Kv) содержит информацию об абсолютной фазе.
Матрицу [Ре] поляризатора с произвольным азимутом 0 легко получить из матрицы [Р。] поляризатора с исходной ориентацией. Как и при расчетах по методу Мюллера, для этого применяются матрицы прямого и обратного поворотов. Эти матрицы имеют следующий вид:
[S(e)] = [_s； cj и [S(—e)] = [s： с：
образом:образом:[R] = [S(—e)HB][S(e)]・[R] = [S(—e)HB][S(e)]・где через & и Si сокращенно обозначены cos 0 и sin 0. Соотношение между [Ре] и [Ро] записывается следующим
образом:
образом:
[R] = [S(—e)HB][S(e)]・
[R] = [S(—e)HB][S(e)]・
Такой же вид имеет соотношение между аналогичными матрицами [Re] и [R。] для фазовой пластинки. Матрицу [R。] можно считать простейшей основной характеристикой фазовой пластинки.
Чтобы найти результат действия последовательности оптических устройств на полностью поляризованный пучок, справа следует записать вектор Джонса входя-
щего пучка, затем справа налево — матрицы проходимых светом устройств, так что матрица самого последнего устройства оказывается расположенной слева. Результат умножения зависит от того, в какой последовательности записаны матрицы.
ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ДЖОНСА
i], а матрица пластинки записывается в,то ответ получается в результате следую-i], а матрица пластинки записывается в,то ответ получается в результате следую-Рассмотрим тот же пример, что и в конце § 3. Пусть горизонтально поляризованный пучок с интенсивностью, равной единице, падает на идеальную однородную линейную 180°-пластинку, ось которой ориентирована под углом 45°； необходимо определить поляризацию выходящего света. Так как вектор Джонса падающего пучка имеет вид
i], а матрица пластинки записывается в,то ответ получается в результате следую-
i], а матрица пластинки записывается в,то ответ получается в результате следую-
ГО 1
ВИАе [1 о
щей операции:щей операции:
щей операции:
щей операции:
Как нетрудно определить по табл. 1, это выражение представляет собой вектор Джонса для пучка вертикально поляризованного света.
Столь же легко решается и задача, описанная в § 4. Сначала находим в табл. 1 вектор Джонса для входящего левоциркулярно поляризованного пучка с интенсивностью, равной единице, а затем берем из приложения 2 матрицы четырех используемых устройств: 1) линейного поляризатора с горизонтальной осью пропускания, 2) линейной фазовой 90°-пластинки с осью под 45°, 3) линейного поляризатора с осью под 45° и 4) правоциркулярной 90°-пластинки. Таким образом, необходимо выполнить следующее умножение:
ИЛИ
孽［」；］［；事；事；о］［；］-
Выполнив умножение в должной последовательности, получим
Согласно гл. 2, § 4, этот вектор соответствует горизонтально поляризованному пучку с интенсивностью (%)2 = %・
Как и в расчетах Мюллера, для каждой данной совокупности устройств можно подсчитать матрицу этой совокупности. Тогда умножение на нее вектора входящего пучка сразу дает окончательный результат. Если результат надо получить для большого числа разных пучков, то этот прием позволяет значительно сэкономить время, необходимое для расчетов.
JV-матрицы. Обычные матрицы Джонса описывают оптическое устройство в целом и не позволяют судить о том, каковы промежуточные формы поляризации внутри устройства или каково изменение формы поляризации на единицу длины пути света в данном устройстве. Однако информацию такого типа дают матрицы, которые Джонс [245] называл ^-мaтpицaми; эти матрицы получаются из соответствующих обычных матриц (/И-мат- риц) с помощью дифференцирования. Очевидно, ^матрица представляет собой характеристику, не зависящую от размеров системы, и поэтому наиболее сжато и полно характеризует основные свойства оптического устройства. Каждому из восьми главных типов оптического поведения кристаллов соответствует свой собственный тип ^-мaтpицы. Исследуя ^-мaтpицy данного кристалла, можно определить средние значения показателя преломления и коэффициента поглощения, циркулярное двупреломление и круговой дихроизм, линейное двупреломление и линейный дихроизм в направлении осей коор-
динат и биссектрис углов между ними. Этот метод описан Джонсом [245] и Рамачандраном и Рамасешаном* [369].
Сю, Ричартс и Лианг [201], Эванс [135] и Доусон и Янг [100] применили метод расчета Джонса к совокупностям линейных фазовых пластинок.
СРАВНЕНИЕ МЕТОДОВ МЮЛЛЕРА И ДЖОНСА
Расчеты по методам Мюллера и Джонса имеют много общего. В обоих случаях свет описывается стандартным способом и ответ получается с помощью элементарных действий матричной алгебры, выполняемых по заданным правилам. Требуется лишь отыскать в таблицах нужные векторы и матрицы и произвести умножение.
В обоих типах расчета используются матрицы совокупности, представляющие собой наиболее сжатую запись самых существенных свойств данной последовательности оптических устройств. Кроме того, и в том и в другом методе употребляются матрицы поворота.
Однако между этими методами имеются и важные различия:
Расчет Мюллера применим и для таких систем, в которых происходит деполяризация пучка, тогда как расчет Джонса в этом случае неприменим.
Расчет Мюллера имеет лишь феноменологическое обоснование и не связан с электромагнитной теорией, тогда как расчет Джонса выводится непосредственно из этой теории.
Расчет Джонса позволяет учитывать абсолютную фазу, в расчетах же Мюллера фаза совершенно не рассматривается.
Расчет Джонса применим к рассмотрению комбинации двух когерентных пучков. Расчет Мюллера для этого не пригоден или связан с очень большими трудностями.
В методе Мюллера первый элемент вектора Стокса непосредственно характеризует интенсивность. Вектор, используемый в методе Джонса, непосредственно
интенсивности не содержит； чтобы ее определить, надо найти сумму квадратов элементов.
Элементы матриц Джонса связаны с амплитудой пропускания, а элементы матриц Мюллера — с интенсивностью пропускания.
Метод Джонса удобен для решения задач, связанных с большим числом оптических устройств, регулярным образом объединенных в серии. Он дает точный ответ, выраженный через п ——число таких устройств (см. гл. 9). Метод Мюллера для этой цели неудобен.
Матрицы Джойса для совокупности поглощающих, а также непоглощающих и недеполяризующих поляризаторов и фазовых пластинок не содержат избыточной информации. Матрицы имеют по четыре элемента и содержат восемь констант, ни одна из которых не является функцией какой-либо другой. Матрицы Мюллера для таких совокупностей содержат много избыточной информации: в них входят шестнадцать констант и только семь из них независимы [243].
Из матриц Джонса для двупреломляющих дихроичных устройств можно с помощью дифференцирования получить информацию о свойствах, не зависящих от размера устройства. В методе Мюллера эта возможность практически отсутствует.
Парке [347——350] провел детальный сравнительный анализ обоих методов.
§ 10. БЛИЗКИЕ ВОПРОСЫ
Фано [139] и Макмастер [303, 304, 306] применили матричные методы к расчету поляризации у-лучей при комптон-эффекте. В 1959 г. Вестфолд [457] предложил новый метод описания поляризованного света с помощью комплексных векторов и применил его к расчету эффекта Фарадея для радиоволн. В 1949 г. Ричартс и Сю [374] дали описание способа расчета, в котором вместо матриц используются кватернионы. Уикс [445] построил ряд когерентных 4Х4-матриц, полезных для решения некоторых типов задач.
99ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ SBETA ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ ИНТЕНСИВНОСТИ, БЛЕСКА И ЦВЕТА
9
9
ВВЕДЕНИЕ
В этой и следующей главах рассматриваются основные применения поляризаторов и поляризованного света в науке и технике. Краткий обзор применений можно найти во многих работах, например [163, 164, 281, 313, 395, 456, 492].
Применения изложены в определенной последовательности в соответствии с функцией, выполняемой поляризатором. Простейшая функция ——общее неселектпв- ное уменьшение интенсивности — рассматривается . в § 1—3. В последующих параграфах описано гашение поляризованных бликов и предупреждение появления таких бликов, усиление контраста, различные поляризационные схемы, используемые в стереоскопическом кино и телевидении, а также регулировка спектрального распределения энергии и изменение цвета.
В гл. 10 изложены применения, в которых использование поляризации света играет принципиально важную роль.
Приводятся ссылки на многочисленные работы, где читатель может найти подробную информацию по интересующим его вопросам.
РЕГУЛИРОВКА ИНТЕНСИВНОСТИ СВЕТА
Как средство регулировки интенсивности пучка света пара линейных поляризаторов имеет много преимуществ перед другими устройствами, например переменной диафрагмой, оптическим клином и градуированной сеткой. Пара поляризаторов позволяет изменять интенсивность очень плавно в огромных пределах (до 100 000 раз).
11 Зак. 1287
Ослабление света происходит по известному закону Малюса:
I = IgHj cos2 О,
где /0 — интенсивность начального пучка, Но — пропускание параллельной пары поляризаторов (см. гл. 3, § 5) и 0 ——угол между их осями. (Если "90 существенно отличается от нуля, применяется несколько более сложная формула, см. § 10.) Пара поляризаторов изменяет интенсивность однородно по поперечному сечению пучка, так что линейная и угловая апертуры не меняются. В некоторых случаях, например в затворе Керра, пропусканием пары поляризаторов управляют с помощью электрического поля, которое влияет на молекулы устройства, играющего роль фазовой пластинки.
Одним из простейших применений пары линейных поляризаторов являются солнечные очки переменной плотности, разработанные перед второй мировой войной. В этих очках вместо каждого из стекол применяется пара поляроидов [164], причем наружный поляроид укреплен неподвижно, так что его ось вертикальна, а внутренний поляроид можно поворачивать с помощью специальной маленькой ручки. Таким образом можно получить любое ослабление света. Обе пары (для двух глаз) связаны между собой, благодаря чему ослабление света происходит одинаково.
Особые конструкции солнечных очков переменной плотности были предложены Лендом (патент [П26]) и Арчамболтом (патент [Ш]).
В 1938 г. впервые окна железнодорожных вагонов стали оборудоваться парами поляроидов диаметром около 75 см [164]. Вращая внутренний поляроид относительно внешнего, пассажир может добиться любого изменения интенсивности света, не изменяя размеров окна. В 1953 г. большое число двухполяроидных иллюминаторов было смонтировано на океанских лайнерах «Индепенденс» и «Конститьюшн».
В различных типах спектрофотометров пары поляризаторов используются как фотометрические устрой-
ства, которые при неизменной интенсивности пучка, проходящего через образец, уменьшают интенсивность контрольного пучка и таким образом компенсируют поглощение в образце. При этом лимб, по которому отсчитывается угол поворота поляризатора,- нетрудно проградуировать непосредственно в величинах пропускания. Такие устройства применяются, например, в фотометре Мартенса и в спектрофотометре фирмы «Дженерал электрик».
Если в фотометре используется дихроичный поляроид с заданным дихроичным отношением Rd = dz1dL то лучше всего подобрать промежуточное (среднее) значение d2. Легко показать, что при этом качество фотометра будет наилучшим. Формула для расчета оптимальной величины ^2 выведена Джонсом и Вестом [247]. В патенте [П145] описан спектрофотометр со специальной ахроматической поляризационной призмой.
Фотометр с тремя поляризаторами описан Говардом и др. [200]. В этом устройстве интенсивность изменяется пропорционально косинусу в четвертой степени; перекрывается восьмикратный диапазон интенсивности. Благодаря применению белого, а не монохроматического света в этом фотометре устраняется аномалия Джонса [250], которая может возникнуть, если из трех поляризаторов средний обладает двупреломлением.
Холберт [204] описал применение пар поляризаторов в секстантах. С их помощью можно снизить яркость солнечного диска до нужной величины. Иногда целесообразно поместить пару поляроидов перед экраном осциллографа; это позволяет менять яркость изображений без изменения электрических параметров [397], так что фокусировка остается строго постоянной. При фотографировании с искусственным освещением поляризаторы используются для варьирования интенсивности без изменения накала лампы и, следовательно, без изменения спектрального состава света.
Фотозатвор Керра, изобретенный в 1875 г. шотландским физиком Д. Керром [261], состоит из пары поляризаторов и устройства, которое служит фазовой пластинкой с переменным сдвигом фазы. Как показано на
неподвижно так, что Устройство, дающее ними. Если к этомунеподвижно так, что Устройство, дающее ними. Если к этомуОси пропускания поляризаторов Рх н Р2 ориентированы под 0 и 90°. Электрическое поле, действующее на кювету с нитробензолом, направлено под 45°. На практике поляризаторы и кювету оформляют в виде маленького компактно! о устройства.Оси пропускания поляризаторов Рх н Р2 ориентированы под 0 и 90°. Электрическое поле, действующее на кювету с нитробензолом, направлено под 45°. На практике поляризаторы и кювету оформляют в виде маленького компактно! о устройства.фиг. 41, поляризаторы укреплены их оси направлены под 0 и 90°. сдвиг фазы, расположено между
неподвижно так, что Устройство, дающее ними. Если к этому
неподвижно так, что Устройство, дающее ними. Если к этому
Оси пропускания поляризаторов Рх н Р2 ориентированы под 0 и 90°. Электрическое поле, действующее на кювету с нитробензолом, направлено под 45°. На практике поляризаторы и кювету оформляют в виде маленького компактно! о устройства.
Оси пропускания поляризаторов Рх н Р2 ориентированы под 0 и 90°. Электрическое поле, действующее на кювету с нитробензолом, направлено под 45°. На практике поляризаторы и кювету оформляют в виде маленького компактно! о устройства.
устройству электрическое поле не приложено, то оно не обладает двупреломлением и, следовательно, не сдвигает фазу. Но если приложить сильное поле, то используемое вещество становится линейно двупреломляющим и сдвигает фазу на 180° и более. Электрическое поле направлено под углом 45°, следовательно, если сдвиг фазы составляет 180°, то направление колебаний электрического вектора выходящего света поворачивается на 90° по сравнению с входящим. Таким образом, пропускание системы в целом равно просто %, т. е. пропусканию параллельной пары поляризаторов. Когда поле снимается, сдвиг фазы обращается в нуль и пропускание системы падает до нуля (точнее говоря, до значения ”90——пропускания скрещенной пары).
Для получения сдвига фазы используется прозрачное вещество с большим значением постоянной Керра
[7, 289, 351]. Обычно применяется жидкий нитробензол, которым заполняют прямоугольную стеклянную кювету, помещаемую между двумя поляризаторами (см. фиг. 41). Сдвиг фазы 6 и напряженность электрического поля связаны соотношением
6 = 2л£КЕ2,
где L ——длина пути света в жидкости и К — постоянная Керра для данной жидкости. Пропускание фотозатвора связано со сдвигом фазы и, следовательно, с приложен^ ныи потенциалом V таким образом:
T = Hq sin ^ 6р = Но sin2 [(片У 90。];
здесь Vo ——потенциал, который создает сдвиг фазы в 180°. Вследствие того что Т зависит от квадрата V, время релаксации пропускания меньше времени релаксации приложенного поля, как показали Никольсон н Росс [333]. Если разность потенциалов достигает 45 к& то сдвиг фазы может меняться очень быстро, а именно за 10-7 —10-8 сек [333, 416, 420, 468].
Приведенное соотношение получено в предположении, что величина HQQ равна нулю. На практике % имеет порядок 10~5——10-6. В результате через фотозатвор при многочасовой экспозиции может пройти достаточно света, чтобы вызвать почернение фотопленки. Для устранения этого применяется вспомогательный механический затвор, который открывается только тогда, ко гда на фотозатвор Керра подается напряжение.
Вместо электрического поля, перпендикулярного пучку света, можно использовать поле, параллельное пучку. Фазовой пластинкой в этом случае служит кубический кристалл, не имеющий центра симметрии и обладающий большим эффектом Покельса 9， например хлорид меди. Такое устройство было предложено Вестом [П142]. Если угловая апертура пучка мала, то с успехом можно применять и дигидрофосфат аммония [71].
Следует упомянуть также высокоскоростные затворы, разработанные Бервальдом и Бондом (см. патенты [П2, П5]). При создании новых фотозатворов конструкторы стремятся увеличить допустимую угловую ширину пучка и уменьшить время релаксации.
Существуют также магнитооптические фотозатворы. Они устроены аналогично: между скрещенными поляризаторами помещается фазовая пластинка, дающая переменный сдвиг фазы. Она обычно представляет собой толстую пластинку из флинта. Сдвиг фазы зависит от напряженности магнитного поля, создаваемого соленоидом. Поле параллельно пучку, благодаря чему возникает эффект Фарадея. Теория таких фотозатворов детально разработана Эджертоном и Вайкоффом [123]. В одном из предложенных ими устройств используются три поляризатора, чтобы пропускание всей системы при выключенном поле было минимальным (меньше 10~8).
В некоторых магнитооптических затворах магнитное поле перпендикулярно пучку. Действие их в этом случае основано на эффекте Коттона — Мутона, однако этот эффект очень мал и затворы такого типа применяются редко.
Необычная конструкция быстродействующего фотозатвора предложена Портером и др. [363]. Используя в качестве фазовой пластинки слой иттриевого граната толщиной 0,01 см, они осуществили модуляцию света с частотой 60 кгц и считают, что можно достичь и микроволновых частот. Другой необычный затвор был создан Биллингсом [33]. Здесь сдвиг фазы меняется при изменении механического напряжения, действующего на пластинку.
СИСТЕМЫ СВЕТОВОЙ БЛОКИРОВКИ
Система световой блокировки предназначена для регулировки освещения и устроена так, чтобы при наличии трех областей ——А, 3 и С, свет мог проходить от А к 8 и обратно, от В к С и обратно, но не мог проходить от А к С и от С к А. Рассмотрим, например, кинотеатр; кинозал, фойе и боковые проходы можно соответствен-
но обозначить Л, В и С. Допустимо и даже желательно, чтобы свет проходил через границу Л—В и 8——С, но попадание света из С в 4 будет мешать кинозрителям. Удовлетворительное решение задачи можно получить, применяя прозрачные панели или двери, сделанные из линейных поляризаторов: панели с горизонтальной осью помещаются между А и В, панели с вертикальной осью — между В и С. Такие системы описаны Грабау [164]. По принципу действия они похожи на шлюзы на каналах.
Аналогичные схемы с успехом применяются в военно-информационных центрах, где обычно имеются экраны радаров и оператор В должен видеть экран Л и одновременно различные карты, которые освещаются верхней лампой С, но попадание света от С к 4 ухудшает контрастность изображения на экране. Уайт [458] (см. также патент [П143]) и Генри [188] предложили для решения этой задачи оборудовать лампу и экран поляризаторами с ортогональной ориентацией. Крафт [268] указал, что в таких схемах абсорбционные фильтры имеют определенные преимущества перед поляризационными. Однако абсорбционные фильтры вряд ли применимы в тех случаях, когда изображение на экране многоцветное или оператор должен работать с многоцветными картами и диаграммами [458].
Системы световой блокировки можно применять в жилых домах, стоящих в одном дворе окнами друг к другу. Если противоположные окна оборудовать скрещенными поляризаторами, то жители каждого дома смогут смотреть во двор, но не смогут видеть интерьер противостоящего здания.
РЕГУЛИРОВКА СВЕТА АВТОМОБИЛЬНЫХ ФАР
Ночная работа шоферов была бы значительно проще и безопаснее, если бы в автомобилях использовалась световая блокировка. Еще в 1920 г. Шорт, а также Чабб (см. патенты [П9, П136]) указали на принципиальную возможность систем световой блокировки поляризацион-
ного типа. Когда Ленд изобрел дихроичные поляриоды, появилась практическая возможность реализовать эти предложения. Последние технические трудности были преодолены после создания в 1939 г. поляроидов К-типа.
Чтобы осуществить световую блокировку в автомобилях, надо оборудовать каждый автомобиль двумя системами поляроидов. По одной схеме, простой, но далеко не оптимальной, на фары ставятся поляроиды с горизонтальной осью, а на ветровое стекло — с вертикальной. Поляроид может закрывать не все стекло, а лишь небольшую его часть непосредственно перед глазами водителя. Освещаемые на дороге предметы деполяризуют рассеянный свет, вследствие чего водитель видит дорогу, но слепящий свет даже очень ярких фар встречного автомобиля гасится.
У поляроидов, выпускаемых для этих целей фирмой «Поляроид корпорейшн», пропускание Н^ не равно нулю, а имеет небольшую величину, достаточную для того, чтобы водитель мог заметить свет фар встречного автомобиля.
Многочисленные модификации этого принципа предложены Лендом [278, 280, 283, 284], Биллингсом и Лендом [34] и другими.
При этом ставились следующие цели: 1) добиться оптимального для водителя использования света фар его автомобиля; 2) обеспечить максимальный контраст между шоссе и тротуаром (для наиболее типичных условий) ;3) свести к минимуму возможность образования двойного изображения, которое возникает вследствие многократного отражения в ветровом стекле при наклонном падении света； 4) свести к минимуму изменения формы поляризации из-за наклонного падения света на ветровое стекло непосредственно перед водителем.
Серьезные затруднения могут возникнуть из-за натяжений в ветровом стекле. Если они велики, то стекло будет действовать как фазовая пластинка, что может привести к изменению формы поляризации прошедшего света и нарушению световой блокировки. Расположив поляроид впереди ветрового стекла, можно решить эту проблему, но тогда возникают другие трудности. Ра*
циональнее использовать стекла, свободные от больших натяжений.
Один из лучших способов световой блокировки состоит в том, что все поляроиды ориентируются под углом 45°. Таким образом, оси поляроидов фар и ветрового стекла данного автомобиля параллельны, поляроиды же фар встречного автомобиля будут скрещены с поляроидом ветрового стекла первого автомобиля. При этом достигается максимальное использование света фар, если ветровое стекло перпендикулярно направлению движения. В другой схеме, называемой «минус 55°, минус 35°», ось поляроида на фаре с точки зрения шофера идет сверху вниз слева направо под углом 55° к вертикали. Ось поляроида ветрового стекла направлена так же, но под 35° к вертикали. При такой схеме сводятся к минимуму различные сложности, связанные с наклоном ветрового стекла.
Биллингс и Ленд [34, 494] показали, что существует бесчисленное множество удовлетворительных систем. В первом приближении будет удовлетворительной всякая схема из линейных поляроидов, оси которых расположены симметрично относительно линии, составляющей угол 45° с вертикалью.
Делались также попытки использовать циркулярные поляризаторы [34] (см. также патент [П37]). Хорошие результаты дает, например, оборудование фар и ветрового стекла соответственно правоциркулярными и левоциркулярными поляризаторами. Преимуществом этой системы является то, что степень гашения света не меняется при наклонных положениях автомобиля, например в холмистой местности. Однако применение этой системы практически затруднено нестандартностью изготовляемых циркулярных поляризаторов, большим хроматическим эффектом (зависимостью дгр от длины волны) и существенным влиянием наклонного падения.
В результате испытаний, проведенных, например, фирмой «Поляроид корпорейшн» [34, 494], а также Ропером и Скоттом [378], найдено, что предпочтение следует отдать линейным поляроидам. Для фар более удобны поляроиды К-типа? так как они хорошо вы дер-
живают высокую температуру. Для ветровых стекол можно использовать поляроиды К- и Н-типов. Так как полное пропускание поляроидов составляет 38—40%, то для сохранения освещенности дороги на прежнем уровне яркость фар необходимо увеличить примерно в три раза. Однако обычно достаточно пользоваться дальним светом фар, чтобы при наличии поляроидов освещенность объектов на определенном расстоянии была такой же, как и без поляроидов при использовании ближнего света фар.
Эффективность таких поляризационных систем, несомненно, велика, но точно ее оценить довольно трудно. Так, например, если считать важнейшей целью обнаружение пешеходов в нескольких сотнях метров впереди автомобиля, то вопрос можно решить только после получения информации об отражательной способности шоссе и тротуаров и сохранении формы поляризации при отражении в типичных условиях. Эти факторы рассматривались Ропером и Скоттом [378], Лауренсом [287] и Биллингсом и Лендом [34]. Результаты показывают, что эффективность действительно высока.
Для широкого внедрения поляризационного оборудования фар автомобилей необходима публичная пропаганда их значения, создание соответствующих законов и инструкций, расширение и упрощение производства поляроидов К-типа. Чтобы осуществить постепенный переход от современных (неполяризационных) систем к предлагаемым поляризационным системам, необходимо тщательное планирование и, возможно, временное оборудование. Подобные планы были предложены Лендом 1) и Ропером и Скоттом [378].
Почему до сих пор такие поляризационные системы не внедрены в практику? Главной причиной является, по-видимому, инертность части общества и автомобильных предприятий. Другая причина ——высокая стоимость поляроидов и других необходимых материалов, хотя, конечно, это обстоятельство менее существенно ввиду того, что по сравнению с другими видами оборудования
Е. Н. Land, неопубликованный отчет, ноябрь 1947 г., а также [282].
автомобилей цена поляризаторов относительно невелика. В изданном в 1952 г. проспекте [482] указываются некоторые технические трудности, связанные с применением поляризационных систем.
Некоторые коммерческие организации настаивают на применении для гашения бликов окрашенных (изотропных) стекол, в том числе окрашенных ветровых стекол. Однако Блекуэлл [42] и Габер [171] показали, что такие устройства порождают больше трудностей, чем устраняют.
Аналогичные поляризационные системы разрабатывались также и в других странах. В 1956 г. Иегу [227] предложил использовать поляризаторы только в фарах ближнего света и не пользоваться ими в фарах дальнего света. Водители должны применять фары ближнего света только в непосредственной близости от встречной машины. Следует упомянуть также работу Вейгеля [446]. В Англии было внесено предложение (согласно работе Иегу), чтобы фазы были смешанного типа, так чтобы дальний свет был поляризован, а ближний ——не- поляризован.
Многие изобретатели предлагали использовать в этих системах в качестве поляризаторов стопы пластинок, чтобы избежать поглощения, неизбежного в дихроичных поляризаторах. Однако при этом возникает много трудностей, связанных с большими размерами устройств, хрупкостью, постепенным помутнением, несовершенством поляризации и высокой стоимостью.
Езда в ночное время по шоссе в тумане. Как показали Грей и Чабб, а также Натан [330], при определенных условиях использование поляризаторов значительно облегчает ночную езду в тумане. Эффективность, однако, снижается, если туман плотный и если водителю мешает свет уличных фонарей. В 1957 г. Притчард и Блекуэлл [366] исследовали эффективность установки поляризаторов на уличных фонарях с целью облегчения ночного движения в тумане. Они нашли, что в тумане различной плотности наилучший результат получается в том случае, когда свет уличных фонарей,
оснащенных поляризаторами, направлен непосредственно вниз, а ветровые стекла водителей тоже снабжены поляризаторами.
ГАШЕНИЕ СВЕТА, ЗЕРКАЛЬНО ОТРАЖЕННОГО ОТ ГЛАДКИХ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ НАКЛОННОМ ПАДЕНИИ
Когда неполяризованный свет падает наклонно на поверхность водоема, часть его, конечно, зеркально отражается. Этот отраженный свет мешает рыбаку видеть рыбу, камни и другие предметы, расположенные под водой. Однако, если рыбак будет смотреть на воду через соответствующим образом ориентированный линейный поляризатор, то большая часть зеркально отраженного света будет поглощаться и видимость подводных объектов намного улучшится. Действие поляризатора основано на том, что зеркально отраженный свет частично линейно поляризован. Если же свет падает под углом Брюстера, то отраженный луч полностью линейно поляризован. Так как поверхность водоема горизонтальна, преимущественное направление колебаний в отраженном свете тоже горизонтально, и, следовательно, так же должна быть ориентирована ось поглощения поляризатора.
Сходным образом устроены поляризационные солнечные очки. Каждое стекло в них является линейным поляризатором с горизонтальной осью поглощения. В качестве поляризатора часто используется поляроид HN-32; иногда добавляется зеленый изотропный краситель, чтобы создать впечатление прохлады и устранить ультрафиолетовое и близкое инфракрасное излучение. Для рыбака, смотрящего через такие очки вниз на поверхность воды, 《шум» — свет, отраженный от поверх- ности, уменьшается в 5—20 раз, а «сигнал» — свет от подводных объектов—уменьшается в 2—4 раза. Следовательно, отношение сигнала к шуму сильно возрастает.
Аналогичный, но меньший эффект получается у водителей машин, смотрящих наклонно вниз на гладкую дорогу.
Листья деревьев и трава частично поляризуют наклонно падающий свет. Интенсивность отраженного листьями излучения Солнца и неба имеет наибольшую величину при таком наклоне листьев, при котором зеркально отраженный свет направлен в сторону наблюдателя. Таким образом, преимущественное направление колебаний снова горизонтально, и, следовательно, с успехом можно использовать поляризационные солнечные очки, описанные выше. Сквозь нейтральные (серые) поляризационные солнечные очки окраска листвы, травы и цветов кажется мягче и насыщеннее, чем без поляризаторов.
Окна из поляроидов применяются в диспетчерских башнях аэропортов для улучшения видимости посадки и взлета самолетов. Поляризаторы с успехом могут использоваться в биноклях, согласно Грабау [164].
Вместо поляризационных солнечных очков можно носить на головном уборе опускающийся козырек из поляроида. Съемные поляроидные козырьки могут устанавливаться также на ветровых стеклах автомобилей. Такие устройства описаны в патентах Ленда и Фроста [П38, П16].
Поляризаторы широко применяются в фотографии. Здесь мы рассмотрим только устранение бликов зеркально отраженного света от фотографируемых объектов, например фарфоровых изделий, рисунков, картин, таблиц, объектов, покрытых целлофаном, и т. и. (см. [169, 4 86, 489]). Оснастив камеру соответственно ориентированным поляризатором, фотограф может практически полностью устранить блики и получить фотографию, лучше воспроизводящую внешний вид объекта. Фаллон 1) предложил применять поляризаторы при фотографировании хирургических операций.
Поляризаторы используются также на сборочных линиях и при проверке качества изделий для улучшения видимости мелких дефектов. Они могут также быть полезными при фотографировании видов из окна, так как
I) J, Fallon, неопубликованная работа, 1950 г.
устраняют блики от оконных стекол. С их помощью фотографируются также подводные объекты с самолетов.
В каждом случае поляризатор должен быть установлен так, чтобы устранялась нежелательная форма поляризации. Ось пропускания поляроида должна быть вертикальна, если зеркально отражающая поверхность горизонтальна, и наоборот. Фотограф должен изменять азимут поляризатора и устанавливать последний в оптимальное положение. Очень полезно, кроме поляризатора на объективе, иметь выносной поляризатор, связанный с первым таким образом, что автоматически обеспечивается одновременность изменения их азимута. При этом не нужно снимать поляризатор с объектива для определения оптимального азимута.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ЗЕРКАЛЬНОГО ОТРАЖЕНИЯ СВЕТА
Вместо того чтобы помещать поляризатор на пути пучка, испытавшего зеркальное отражение, можно расположить его между источником и поверхностью с тем, чтобы предотвратить зеркальное отражение. Если лучи от источника падают на гладкую поверхность диэлектрика под углом Брюстера и если поляризатор ориентирован так, что ось поглощения параллельна поверхности, то зеркально отраженного света практически не будет. При этом отпадает необходимость в солнечных очках, козырьках и т. п.
Этот метод успешно применяется при освещении фотостудий, отделов технического контроля, фотографировании хирургических операций и при освещении картинных галлерей [164]. Он используется также в настольных лампах со встроенным поляризатором (см. патент Ленда [П79]). Недавно описанный метод был применен для освещения учреждений. Для этой цели Маркс [315] использовал многослойные отражательные поляризаторы
УСИЛЕНИЕ КОНТРАСТНОСТИ ОБЛАКОВ
Свет, рассеянный облаками, почти или даже совсем неполяризован, но свет ясного голубого неба частично
линейно поляризован, причем степень поляризации значительна (см. гл. 10, § 9). При наблюдении и фотографировании неба, покрытого облаками, можно увеличить контраст между облаками и чистым небом, используя соответствующим образом ориентированный линейный поляризатор. Эта ориентация определяется следующим правилом [487, 488]: ось пропускания поляризатора дол^ жна лежать в плоскости, содержащей наблюдателя, Солнце и фотографируемый объект.
При съемке черно-белых фотографий облачного неба поляризационные фильтры очень эффективны, особенно если камера направлена примерно перпендикулярно лучам Солнца. Впрочем, изотропные желтые и оранжевые фильтры также усиливают контраст. Однако для получения цветных фотографий неба и облаков пользоваться окрашенными фильтрами, конечно, нельзя. В этом случае нейтральные (серые) поляризационные фильтры остаются единственным оптическим средством усиления контраста.
ГАШЕНИЕ ОТРАЖЕННОГО СВЕТА
ПРИ ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОМ ПАДЕНИИ
В предыдущих параграфах описано применение линейных поляризаторов для ослабления света, зеркально отраженного от поверхности диэлектрика под углом Брюстера. Однако этот метод неприменим, если4 свет падает перпендикулярно к поверхности.
В этом случае задачу можно решить с помощью циркулярных поляризаторов [397]. Если поляризованный по правому кругу свет падает на поверхность стекла или полированного металла, то зеркально отраженный свет будет поляризован по левому кругу (вследствие изменения направления распространения света на противоположное правовинтовая система переходит в левовинтовую). Следовательно, тот же самый поляризатор, который создает циркулярную поляризацию падающего света, будет гасить отраженный свет. Можно считать, что поляризатор производит над падающим светом операцию кодирования; при зеркальном отражении qt
Слой, сдвигающий фазуСлой, сдвигающий фазуНеполяризовая-ный светНеполяризовая-ный свет
Слой, сдвигающий фазу
Слой, сдвигающий фазу
Неполяризовая-ный свет
Неполяризовая-ный свет
поверхности происходит изменение кода на обратный, вследствие чего поляризатор, который теперь служит анализатором, блокирует отраженный свет, как показано на фиг. 42. Для наглядности падающий и отра^ женный лучи изображены слегка наклоненными и идущими по несколько различным путям. Если же они
Зеркально отражающая стеклянная пластинка^
Правоциркулярн'поляризация
Левоциркулярнаяполяризация
Правоциркулярный поляризатор
Ф и г. 42. Использование правоциркулярного поляризатора для гашения зеркально отраженного света при почти перпендикулярном падении света на стекло или металлическую пластинку.
идут строго перпендикулярно поверхности, эффективность циркулярного поляризатора становится больше.
Если падающий свет полностью поляризован по кругу и направлен строго по нормали, а отражающей поверхностью является полированное стекло или металл, то отраженный свет гасится почти полностью. Величина kr (см. гл. 3, § 7) может быть меньше 10-4. Обычно же в типичных случаях она составляет Ю"1—10~2 (см. фиг. 39).
Если стеклянная пластинка не только зеркально отражает, но и рассеивает свет, то падающий луч частично деполяризуется и поэтому будет погашена только часть отраженного луча. Если прозрачная пластинка
сделана из двупреломляющего материала, то форма поляризации света, прошедшего через пластинку и отразившегося от нижней грани, может измениться. Следовательно, код будет нарушен, и значительная часть отраженной энергии сможет пройти через поляризатор.
Циркулярные поляризаторы можно с успехом применять для устранения света, испытавшего зеркальное отражение от экранов катодных осциллографов, в частности от экранов радаров. Необходимость этого очевидна: осциллографическая картина может быть слабой, а освещение комнаты интенсивным, следовательно, отраженный от экрана или защитного стекла свет может сильно снижать видимость наблюдаемой картины [144]. Уайт [458] проанализировал увеличение контрастности, которое достигается при помещении циркулярного поляризатора непосредственно перед экраном радара. Оказалось, что поляризационные фильтры дают значительное увеличение контрастности, большее, чем при использовании поглощающих фильтров. Уайт описал (см. [П143]) осветительную систему, в которой перед экраном осциллографа ставится циркулярный поляризатор, а перед осветительными лампами ——линейные поляризаторы. При этом используется циркулярный поляризатор обычного двухслойного типа (см. гл. 7, § 10). Наружный слой является линейным поляризатором и ориентирован так, что его ось пропускания перпендикулярна осям поляризаторов на осветительных ламд1ах. Другие изобретатели также достигали хороших результатов, применяя циркулярные поляризаторы [87].
Циркулярные поляризаторы можно ставить и на телевизионные экраны. При этом также гасится зеркально отраженный свет и улучшается контрастность и общая видимость изображения. Циркулярные поляризаторы могут быть также полезны для световой сигнализации на транспорте, чтобы устранять помехи, обусловленные отражением внешнего света (см. патенты Ленда [П29, П88]). Таким же способом можно устранить отражение света от стеклянных покрытий шкал вольтметров, амперметров и других измерительных приборов. При этом всегда основная поверхность циркулярного
поляризатора (слой, сдвигающий фазу) должна быть обращена в сторону отражающей поверхности. Конечно, необходимо устранить отражения и от самого поляризатора； этого можно добиться, применяя специальные покрытия с малым коэффициентом отражения или слегка наклоняя поляризатор в сторону поглощающих свет предметов.
Этот же принцип может быть использован в радиолокационных установках микроволнового диапазона для устранения отражений от облаков и тумана. Специальная антенна излучает циркулярно поляризованные волны. При отражении от облаков правоциркулярная поляризация меняется па левоциркулярную, поэтому отраженная волна не принимается антенной. Но волны, отраженные от определенных объектов, испытывают деполяризацию, достаточную для того, чтобы быть принятыми антенной.
Циркулярные поляризаторы с успехом применяются в системах наблюдения и обнаружения в видимой и в инфракрасной областях. Натан [330] обнаружил, что контрастность объектов при наблюдении в ночное время в тумане может быть значительно увеличена с помощью циркулярных поляризаторов.
КОДИРОВАНИЕ И ДЕКОДИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОГО ВИДЕНИЯ
В старинных стереоскопах не требовалось операций кодирования и декодирования. Изображения в них были малы и располагались так близко, что достаточно было небольшой черной перегородки, чтобы каждым глазом можно было видеть только одно изображение, предназначенное для этого глаза. Однако если стереоскопические изображения проектируются на киноэкран, то такая перегородка бесполезна, и следует определенным образом закодировать само изображение. Можно достигнуть успеха, проектируя разные изображения с помощью света разных длин волн. Однако это вызывает усталость сетчатки и, кроме того, конечно, неприменимо для окрашенных стереоскопических изображений,
Более совершенное решение проблемы возможно с помощью поляризаторов. Перед проектором, дающим изображение для правого глаза, помещается линейный поляризатор PR с азимутом А, а перед проектором, дающим изображение для левого глаза, точно такой же поляризатор Pl с азимутом Л +90°. Зритель получает стереоскопические очки, правое и левое стекла которых снабжены поляризаторами, ориентированными соответственно Pr и Рь. Если проекционный экран не изменяет форму поляризации света, а зритель сохраняет нужное положение головы, то в правый глаз попадает только изображение для правого глаза, а в левый——для левого. В результате возникает стереоскопическая иллюзия.
Еще в 1939 г. описанный метод применялся при демонстрации стереоскопического фильма большой аудитории (на Всемирной выставке в Нью-Йорке). Оси пропускания проекционных фильтров были вертикальной и горизонтальной, и соответственно были ориентированы поляризаторы в стереоскопических очках.
С 1952 г., когда стереоскопические кинофильмы начали завоевывать популярность, стала применяться другая ориентация поляроидов. Проектор изображения для правого глаза оборудуется поляризатором, ось которого направлена под углом —45° (т. е. сверху вниз и слева направо для зрителя, сидящего лицом к экрану, спиной к проектору). Ось второго поляризатора ориентируется под углом +45°. Правый и левый поляризаторы очков ориентируются соответственно. Проекционные фильтры изготовляются обычно из поляроидов К-типа, способных выдерживать высокие температуры. Проекционные экраны — гладкие, алюминированные с высоким коэффициентом отражения. В стереоскопических очках используются обычно поляроиды типа HN-38).
Если оборудование отвечает необходимым условиям, стереоскопическая иллюзия бывает сильной и производит большое впечатление. Однако часто условия соблю-
даются неудовлетворительно. Обе проекции трудно синхронизировать в нужных пределах (около 0,02 сек). Для обеспечения необходимой синхронизации предлагались различные способы (Джонс и Шерклифф [249]). Некоторые типы экранов не обеспечивают необходимого постоянства степени поляризации, вследствие чего возникают неприятные ложные изображения ——помехи (см. обзорную работу Шерклиффа [394]). Некоторые типы стереоскопических очков недостаточно поляризуют свет и имеют различные механические недостатки. Анализ факторов, влияющих на качество стереоскопических очков, был проведен Чаббом и др. [82]. Авторы пришли к заключению, что значение kvx для отдельного стекла очков должно быть не больше, чем 0,002.
Тот же самый принцип, конечно, может быть использован и для проектирования неподвижных изображений. Выпускаются различные двухлучевые проекторы, к которым прилагаются стереоскопические очки упомянутого выше типа 45—45°.
Стереоскопические пары рентгенограмм большого размера можно успешно рассматривать с помощью кодирующих поляризаторов, полупрозрачного зеркала, соединяющего лучи, и стереоскопических очков (Ленд [П35] и Штамм [409]).
Кодирование можно также осуществлять с помощью право- и левоциркулярных поляризаторов (см. патент Ленда [П37]). В этом случае зритель может наклонять голову вправо или влево, не нарушая стереоскопической иллюзии, так как ложных изображений не возникает. Однако циркулярные поляризаторы обычно не бывают ахроматичными^кроме того, при наклонном падении света могут име*Гь место нежелательные эффекты (см. § 4). У
В описанной выше, схеме получения стереоскопического киноизображе#像 используются две пленки и два расположенных рядом проекционных аппарата, поэтому такой метод называют параллельно-проекционным (ниже будет описан совместно-проекционный метод). В 1953 г. некоторыми/фирмами (《Синтетик визион кор- порейшн» и «Пола-Лайт корпорейшн») было разработа-
но несколько параллельно-проекционных схем, в которых используется только одна пленка. Изображения для правого и левого глаза проектируются под различными углами, так что схема остается параллельно-проекционной, однако изображения для правого и левого глаза содержатся на одной пленке; благодаря этому требуется только один проектор и опасности нарушения синхронизации не возникает. При этом размер отдельного кадра обычно меньше нормального, что снижает четкость и яркость изображения на экране. Специальные устройства обеспечивают разделение пучков, достаточное для того, чтобы можно было независимо поляризовать изображения для правого и для левого глаза.
Вектографическая система. Обычно стереоскопические пары состоят из двух фотографий, расположенных рядом, так что необходимо применять два проектора, также расположенных рядом. Можно, однако, расположить изображения друг за другом так, чтобы пучок света, проходящий через одно из них, проходил и через другое. При этом требуется только один проектор и отпадают трудности, связанные с обеспечением сипхро* низации, совпадения изображений, уравнивания их яркости и т. п. Чтобы предотвратить смешивание изображений, их необходимо закодировать. Здесь опять наилучшим способом следует признать поляризационное кодирование.
Практические методы кодирования были разработаны в конце 1930-х годов Лендом, Малером, Вестом, Роджерсом, Бинда и др. [118, 270, 279, 478, 493, 4 95]; см. также патенты [П59, П70, П74, П75, Г178, П83, П87]. В такой системе изображение на пленке образовано не частицами серебра, как обычно в фотографии, а дихроичными молекулами. В изображении для правого глаза все дихроичные молекулы имеют определенное направление 4, а в изображении для левого глаза — ортогональное направление 4+90°. Таким образом, свет с определенной формой поляризации полностью поглощается в одном изображении и свободно проходит через другое, и наоборот. Изображения для правого и левого
глаза, конечно, различны. Свет, отраженный от экрана, попадает к зрителю, который смотрит через стереоскопические очки; таким образом, каждый глаз воспринимает только одно изображение. Описанный способ последовательного расположения стереоскопических пар в сочетании с поляризационным кодированием получил название вектографического. Обычно применяется линейная поляризация с азимутами +45° и ——45°.
Если не все молекулы дихроичного красителя ориентированы нужным образом или если они обладают недостаточным дихроизмом, то разделение обоих изображений будет неполным. Тогда в каждый глаз, кроме основного изображения, будет попадать и ложное мешающее изображение. Эти трудности и методы их преодоления описаны Малером и Райаном (патенты [11125, П133]). К счастью, имеются красители с большим дихроичным отношением (см. гл. 4, § 11), а с помощью методов, описанных в гл. 4, можно достигнуть высокой степени ориентации.
Для черно-белой вектографической системы применяются нейтральные красители, для цветных можно подобрать красители соответствующей окраски.
Можно делать также вектографические системы отражательного типа. Тогда, кроме двух прозрачных по- ляризационно-кодирующих слоев с изображением, применяется третий слой, представляющий собой матовую отражающую алюминиевую поверхность. Свет проходит через поляризующие слои, отражается от этой поверхности и снова проходит через поляризующие слои. При отражении форма поляризации не меняется, поэтому кодирование не нарушается, и зритель, снабженный стереоскопическими очками, видит стереоскопическое изображение. Вектографическую отражательную систему можно использовать и для цветных изображений. Следует отметить большую простоту применения вектографических систем отражательного типа, для которых не требуется ни проектора, ни проекционного экрана, ни специальных держателей, ни линз.
Вектографические пары можно изготовлять с чертежей и рисунков с таким же успехом, как и с фотогра-
фий. Описанным способом можно получить, например, трехмерное изображение сложных конструкций, что позволит инженеру сразу представить себе все сооружение или изделие в целом.
Можно смонтировать вместе и пару фотографий или рисунков с совершенно различными изображениями. В зависимости от азимута анализатора будет видна та или другая картина. Такие двойные изображения полезны, например, для демонстрации общего вида и устройства прибора и т. п.
Устранение дефектов бинокулярного зрения. Существуют различные устройства для тренировки лиц с неполноценным бинокулярным зрением. В установках, изобретенных Савьером [П135] и Торберном [П138], предусмотрены два отдельных поля для каждого глаза. Каждое поле является неполным, но при правильном положении глаз они объединяются и дают одно полное поле. Для кодирования полей применяются линейные поляризаторы, а для декодирования служат стереоскопические очки.
Стереоскопическое телевидение. Линейные поляризаторы используются в некоторых типах систем получения стереоскопического телевизионного изображения. В одном варианте [479, 480] изображения для правого и левого глаза создаются в двух разных трубках. Каждое из них кодируется с помощью линейного поляризатора, расположенного перед экраном. Затем оба изображения соединяются с помощью полупрозрачного зеркала. Зритель пользуется стереоскопическими очками, так что в каждый глаз попадает только соответствующее изображение. В другом варианте, разработанном фирмой «Дженерал электрик» в 1957 г., две картины возникают последовательно на одном экране, причем в той же последовательности синхронно меняется ориентация поляроида перед экраном (с помощью вращающегося кольца).
Стереоскопическая радиолокация. В радиолокации также может быть использовано поляризационное ко-
дирование для получения стереоскопических изображений. Соответствующая аппаратура была разработана Марксом (патент [П128]).
Получение стереоскопического изображения в микроскопе с одним объективом. Даже с помощью микроскопа с одним объективом можно получить стереоскопическое изображение, снабдив микроскоп двумя окулярами и поместив под конденсором полутеневой поляризатор для дифференцированного кодирования двух половин пучка. Каждый окуляр снабжен поляризатором, ориентированным соответственно направлению колебаний в одной половине поля. Этот метод описан Лестером и Ричардсом [292] и Косселем (патент [П19]).
ИЗМЕНЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Поскольку основные параметры поляризаторов и фазовых пластинок меняются с длиной волны, не удивительно, что различные комбинации этих устройств используются для изменения спектрального распределения энергии в пучках света. Если данная комбинация изменяет насыщенность цвета без изменения оттенка, то она называется фильтром, меняющим насыщенность. Если же меняется оттенок, то она называется фильтром, меняющим оттенок. Представляют интерес четыре типа таких комбинаций:
хроматический линейный поляризатор и ахроматический линейный поляризатор;
два хроматических линейных поляризатора и один ахроматический линейный поляризатор;
два ахроматических линейных поляризатора и одна хроматическая линейная фазовая пластинка, расположенная между ними;
два или больше ахроматических линейных поляризаторов и большое число хроматических фазовых пластинок.
В устройстве типа 7, состоящем из хроматического линейного поляризатора Рс и ахроматического линейного
поляризатора Р。, хроматизм, очевидно, определяется первым поляризатором Р” Обычно это дихроичный поляроид, содержащий ориентированный дихроичный краситель с полосой поглощения в видимой области, например в области длин волн, меньших 600 ммк (фиг. 43).
О 400' 500600700Длина волны, ммкО 400' 500600700Длина волны, ммкФиг. 43. Спектральные кривые пропускания kx и k2 для типичного хроматического линейного поляризатора, содержащего ориентированный дихроичный красный краситель.Фиг. 43. Спектральные кривые пропускания kx и k2 для типичного хроматического линейного поляризатора, содержащего ориентированный дихроичный красный краситель.зпнинаА 匚 odu sss^зпнинаА 匚 odu sss^
О 400' 500600700
Длина волны, ммк
О 400' 500600700
Длина волны, ммк
Фиг. 43. Спектральные кривые пропускания kx и k2 для типичного хроматического линейного поляризатора, содержащего ориентированный дихроичный красный краситель.
Фиг. 43. Спектральные кривые пропускания kx и k2 для типичного хроматического линейного поляризатора, содержащего ориентированный дихроичный красный краситель.
зпнинаА 匚 odu sss^
зпнинаА 匚 odu sss^
Коэффициенты 自 и 局 поляризатора Рс имеют большую величину (около 1,0) в области длин волн больше 600 ммк; ниже 600 ммк fei остается большим, a k2 падает практически до нуля. Таким образом, мы можем по желанию использовать или не использовать эту полосу поглощения, выбирая угол 0 между осями поляризаторов равными 0 или 90°. Промежуточные углы соответствуют промежуточному поглощению. Обобщенный
закон Малюса
Нз = (Ц) — ”90)COS2 0 + ”90 справедлив для каждой длины волны, и легко показать, что он справедлив даже для всей видимой области в целом.
Устройства типа 1 обычно используются в качестве фильтров, меняющих насыщенность. Дихроичные красители в большинстве случаев имеют широкую полосу поглощения, поэтому эти устройства применяются в тех случаях, когда полезно именно это свойство. В частности, они удобны для изменения цвета свечения экранов авиационных радиолокационных установок. Обычно оператору удобно, чтобы экран излучал свет всех длин волн. Однако в тех случаях, когда нужна темновая адаптация (например, ночью), необходимо устранить свет с длинами волн меньше 600 ммк. Этого легко достигнуть с помощью устройства, состоящего из ахроматического поляризатора (например, HN-32) и хроматического поляризатора с дихроичным красным красителем (см. гл. 4, § 9 и 11). Поместив это устройство перед экраном и вращая один поляризатор относительно другого, оператор может ослабить свет с длинами волн меньше 600 ммк до нужной степени, оставив неизменной интенсивность более длинноволнового света. Той же цели можно достичь, поместив перед экраном обычный красный фильтр, но в этом случае возникает неудобство, связанное с необходимостью то устанавливать, то снимать фильтр.
Устройство описанного типа позволяет также производить раздельное наблюдение быстроменяющихся (голубых) и стабильных (желтых) фигур на экранах некоторых катодных осциллографов, например на экранах с фосфором марки RTMA Р-7. Вращая один из поляризаторов устройства типа 1, оператор может по желанию гасить или пропускать голубой свет, концентрируя таким образом внимание на том изображении, которое в данный момент существеннее.
Устройство типа 1 может применяться и для освещения фотокомнат. Оно будет гасить или пропускать
активную часть спектра в зависимости от поворота одного из поляризаторов; при этом интенсивность неактивного длинноволнового света меняться не будет. Райан (патент [Ш32]) описал установку, удобную для этой цели.
Устройство типа 2 состоит из двух ортогонально ориентированных хроматических поляризаторов 尸以 и 匕2 и ахроматического поляризатора Ра. Обычно Pci и Рс2 имеют полосы поглощения, лежащие в смежных областях М в N видимой части спектра. Кроме того, их оси пропускания расположены под 90° друг к другу. В зависимости от азимута третьего элемента Ра вся система будет пропускать или область М, или область М Очевидно, что такое устройство действует как фильтр, меняющий оттенок. Ширина полос довольно значительна； это и определяет применимость фильтра. Вариант этого устройства, выпускаемый фирмой «Дженерал электрик», успешно применяется для изменения соотношения синего и красного цветов в световом потоке, входящем в колориметрическую камеру [109, 490]. В этом варианте поляризатор Pci имеет полосу поглощения в коротковолновой части видимого спектра, а поляризатор /%2 ——полосу поглощения в длинноволновой части. Если поляризатор Ра ориентирован под 45°, ослабляются обе полосы. Если же Ра имеет азимут 0°, одна полоса поглощается сильно, а другая очень слабо, а если 90°, то сильное поглощение испытывает другая полоса. При промежуточных положениях наблюдается, конечно, промежуточное соотношение цветов. Очевидно, один такой фильтр может заменить целую серию фильтров обычного типа.
Устройства типа 3, содержащие хроматическую линейную фазовую пластинку между двумя ахроматическими линейными поляризаторами, используются относительно редко. Сдвиг фазы мало изменяется с длиной волны, и поэтому полосы поглощения широки и размыты. Недостатком устройства типа 3 является сильное влияние наклонного падения: сдвиг фаз зависит от угла падения, поэтому лучи, входящие под разными углами к нормали, выходят различно окрашенными. Однако эти
устройства позволяют получать самые разнообразные цвета, что можно использовать в светящихся рекламах. Особенно эффектная картина получается, если пластинка представляет собой мозаику, состоящую из областей с различными 6 и р, а один из поляризаторов медленно и плавно вращается. При этом цвет каждой области мозаики все время меняется, так что создается непрерывно меняющаяся цветная картина (патенты Ленда [П43, П44]). Интересное устройство типа 3 описано Стадлером (патент [П137]) ； в нем фазовая пластинка состоит из двух слоев специального типа, что обеспечивает необычайное разнообразие цветов.
Наиболее интересны устройства типа 4, содержащие большое число фазовых пластинок. Некоторые из них имеют почти монохроматические полосы пропускания и поэтому могут использоваться в астрофизике, например для фотографирования солнечных протуберанцев в свете с длиной волны 6563 А, соответствующей яркой спектральной линии водорода. Большое внимание привлекли устройства, предложенные Лио, Оманом и Шол- ком.
Фильтр Лио, изобретенный в 1933 г. молодым французским астрономом Бернаром Ли。, содержит последовательность чередующихся поляризаторов и фазовых пластинок и позволяет получать полосы пропускания шириной 1—5 А. Эти устройства подробно описаны в литературе [7, 134, 135, 300, 301, 337], и здесь мы их коснемся только в общих чертах. В типичном случае устройство содержит шесть нейтральных линейных поляризаторов с осями пропускания, ориентированными под 45°. Между поляризаторами расположены пять линейных хроматических фазовых пластинок с горизонтальными осями наибольшей скорости. Первый элемент, состоящий из первой пластинки и двух ограничивающих ее поляризаторов, создает для Х=6563 А сдвиг фазы в 360°. Таким образом, прозрачность этого элемента для данной длины волны очень велика. Для других длин волн сдвиг фазы иной и прозрачность меньше. Каждая фазовая пластинка (они могут быть, например, вырезаны из кварна по главному сечению) имеет удвоенную тол-
щину по сравнению с предыдущей и поэтому дает удвоенный сдвиг фазы. Следовательно, каждый элемент удваивает точность выделения определенной длины волны по сравнению с предыдущим. Таким образом, через все устройство может пройти только свет, длина волны которого почти точно равна 6563 А. (В другой области спектра может существовать вторая полоса прсь пускания, но ее нетрудно устранить с помощью соответствующих абсорбционных или интерференционных фильтров). Полное пропускание устройства для 6563 А составляет по порядку величины 10%, допустимая угловая апертура около 2°, длина устройства 25——35 см. При изменении температуры полоса пропускания может заметно смещаться, поэтому температуру необходимо поддерживать постоянной с точностью до 0,01° С. Стоимость таких фильтров очень высока, и они изготавливаются в очень небольшом количестве, в частности фирмами «Бэрд атомик инкорпорейтед» (Кембридж, Массачусетс), «Оптик ет прецизион де Лавалуа» (Париж).
Аналогичное устройство было независимо сконструировано Оманом [337]. В нем используются не двупрс- ломляющие, а дихроичные поляризаторы, поэтому оно компактнее. Оказалось, что для этой цели подходят поляроиды К-типа без подложки. Устройство, предложенное Биллингсом [33, 483], позволяет менять по желанию длину волны пропускаемого света в пределах нескольких ангстрем. Дольфус производил эксперименты с устройством, центр полосы пропускания которого расположен у 1,4 мк; это устройство (в соединении с детектором на сульфиде свинца) предназначено для изучения атмосферы различных планет. Стил и др. [410] создали устройство с полосой пропускания шириной всего в % А.
В 1953—1955 гг. чехословацкий ученый Иван Шолк [405, 406] (см. также [135]) изобрел новый тип узкополосных фильтров с чрезвычайно высоким пропусканием. Фильтр Шолка состоит из двух ахроматических линейных поляризаторов, между которыми расположена стопа из 60 одинаковых (хроматических) фазовых пластинок.
Ось каждой из них слегка повернута относительно оси предыдущей пластинки. В результате через устройство проходит только узкая полоса длин волн, а все другие длины волн сильно поглощаются. Эванс показал, что действие такого фильтра легко рассчитать с помощью метода Джонса (см. гл. 8). Он тщательно сравнил [135] фильтры Лио и Шолка и пришел к заключению, что последний хотя и обладает значительно более высоким полным пропусканием, но не обеспечивает высокой спектральной чистоты.
В последнее время с фильтрами Лио и Шолка все более успешно конкурируют интерференционные фильтры. Например, фильтр этого типа, описанный Добровольским [110], обеспечивает полосу шириной всего в 1,0 А при пропускании примерно 50%.
Некоторые устройства типа 4 могут использоваться в качестве монохроматоров. В устройстве, содержащем несколько ахроматических линейных поляризаторов и несколько расположенных между ними хроматических циркулярных пластинок с заданным сдвигом фаз, положение центра полосы пропускания можно менять в широких пределах посредством вращения поляризаторов. Монохроматор такого типа, содержащий четыре циркулярных пластинки, вырезанных по главному сечению кварца, описан Херлбатом и Розенфилдом [206] (см. также патент [П17]). Аналогичный монохроматор производится фирмой «Кембридж термоионик корпорейшн». Лио (патент [П124]) описал спектрофотометр, в котором вместо призм или решеток используются поляризаторы и фазовые пластинки; при этом отпадает необходимость в применении щелей.
Ленд (патент [П121]) предложил устройство типа 4, состоящее из нескольких спектрально селективных дихроичных поляризаторов и нескольких электрооптиче-^ ских фазовых пластинок. Регулируя электрическое поле, от которого зависит сдвиг фазы, можно менять спектральную полосу пропускания и, следовательно, цвет проходящего света. Это изменение может осуществляться очень быстро. Поэтому такое устройство может быть использовано для изменения цвета излучения в телеви^
зионной трубке. Подобрав поля, соответствующие различным цветам, можно создать новый тип цветного телевидения (см. также патент Сейджа [П134]).
Полосы в спектрах. Если свет проходит через комбинацию двух параллельных линейных поляризаторов и линейной фазовой пластинки, расположенной между ними, то в спектре могут возникнуть темные полосы [107]. Если пластинка хроматического типа дает большой сдвиг фазы и ориентирована под углом 45° к осям поляризаторов, то некоторые длины волн не будут проходить через второй поляризатор, в то время как другие будут проходить свободно. Если выходящий пучок разложить в широкий спектр с помощью призмы, то в спектре некоторые области (полосы) будут темными, а другие области ——яркими. Чем больше сдвиг фазы, вносимый пластинкой, тем больше число полос. Измерив длины волн центров этих полос, легко определить величины сдвига фазы и плоского двупреломления для этих длин волн. Обзор литературы по этому вопросу дан Джерардом [233] (см. также работу Элиса и Глатта [132]).
1010
10
10
ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ
ВВЕДЕНИЕ
В настоящей главе рассматриваются применения поляризаторов для исследования таких объектов, которые сами могут поляризовать свет или менять его фазу. Иными словами, речь идет о таких вопросах, где поляризация представляет интерес сама по себе. Эти вопросы относятся к химии, кристаллографии, металлургии, физике, электронике, биологии и астрофизике.
ЯВЛЕНИЕ ХАЙДИНГЕРА
В 1844 г. Хайдингер [172] открыл, что поляризация света иногда может быть обнаружена непосредственно невооруженным глазом. Он установил, что если наблюдатель пристально смотрит несколько секунд на однородное поле, освещенное линейно поляризованным белым светом с горизонтальным электрическим вектором, а затем переводит взгляд на другое поле, освещенное светом с вертикальным вектором, то он видит слабо выраженную бледно-желтую фигуру на голубоватом фоне (фиг. 44). Эта фигура напоминает очертаниями щетку или кисть с двумя концами (поэтому ее иногда называют «щеткой Хайдингера»).
Если наблюдатель вновь посмотрит на горизонтально поляризованное поле, то он увидит аналогичную фигуру, только ее ось будет вертикальной. За несколько секунд картина блекнет и исчезает, причем тем быстрее, чем выше уровень освещенности. Стокс [412] нашел, что если в пучке, освещающем поле, отсутствует синяя компонента, то фигура Хайдингера не видна. Если же поле освещено только синим светом, то, как установил
Слоан [401], контрастность фигуры увеличивается. (Некоторые наблюдатели не видят фигуры Хайдингера даже в самых лучших условиях.)
Шерклифф [396] показал, что если поле освещено циркулярно поляризованным светом, то фигура Хайдингера также наблюдается, причем свет с правой и левой
Фиг. 44. Типичный вид фигуры Хайдингера для случая, когда наблюдатель смотрит на поле, освещенное белым светом с вертикальной линейной поляризацией.
круговой поляризацией дает фигуры с весьма различными азимутами. Таким образом, наблюдатель может невооруженным глазом различить правую и левую круговую поляризацию. Если свет поляризован по правому кругу, то наблюдатель видит фигуру, ось которой направлена справа налево сверху вниз (полагая, естественно, что наблюдатель держит голову вертикально!). Если используется левоциркулярно поляризованный свет, то фигура Хайдингера имеет ориентацию, ортогональную к указанной.
Появление фигуры Хайдингера, вероятно, обусловлено линейным дихроизмом желтого пигмента в желтом пятне глаза и двупреломлением в глазных средах (см. также работы Гельмгольца [185], Де-Ври и др. [105], Бема [49] и Кордса [93]).
ПОЛЯРИЗАЦИЯ И НАВИГАЦИЯ
Около 1949 г. Национальное бюро стандартов, продолжая работу, начатую Пфундом, разработало поляризационный небесный компас, предназначенный для использования в дневное время в районах, близких к магнитным полюсам Земли, где магнитные компасы почти непригодны. Этот прибор [477, 494] применяется в тех случаях, когда нет радиоаппаратуры для определения направления и невозможно прямое наблюдение Солнца (например, в условиях сильной, но не сплошной облачности или когда Солнце уже находится за горизонтом). Его действие основано на том факте, что преимущественное направление колебаний света, рассеянного голубым небом, перпендикулярно плоскости, в которой находится Солнце и направление наблюдения. Найдя направление преимущественных колебаний.света, идущего, например, с зенита, и приняв во внимание время дня, можно определить истинное направление па север.
В 1953 г. Кемпбелл [70] описал модификацию этого прибора, предназначенную для геологов. Точность прибора оценивается в 2°.
В 1940-х годах Фриш [151] обнаружил, что пчелы чувствуют поляризацию света и могут определять направления своего полета по отношению к направлению преимущественных колебаний. Таким образом они «запоминают» путь к медоносному растению, даже если Солнце закрыто и виден только клочок голубого неба. Эту способность пчел изучали также Аутрум и Штумпф [14], Кеннеди и Бейлор [259] и Торп [423].
Муравьи также чувствуют поляризацию света, рассеянного небом. Этим же свойством обладают мечехвосты Lmulus, изучавшиеся Уотерменом [439, 440], ракообразное Talitrus saltator [253, 254], плодовая мушка
дрозофила и водяная блоха дафния [440] (см. также работы Бейлора и Смита [23], Уотермена [442], Джанде- ра и Уотермена [224], Веллингтона [449] и Уотермена и Уестелла [441]).
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
В 1956 г. Джаффе [221] показал, что если оплодотворенные сферические яйцеклетки бурой водоросли Fucus облучить линейно поляризованным светом, то у них возникает тенденция расти в направлении, параллельном колебаниям электрического вектора (см. также [222, 449]).
Шён и др. [389] нашли, что поляризация света играет существенную роль в управлении движениями глазного стебелька ракообразного Ocypode quadrata.
ПОЛЯРИМЕТРИЯ
Физики называют поляриметром прибор для определения азимута, эллиптичности или степени поляризации поляризованного света. Хпмпкп используют этот термин для устройства, позволяющего измерять изменение азимута пучка лииеило поляризованного света при прохождении через циркулярно двупреломляющую (т. е. оптически активную) среду. Найдя изменение азимута, химик может определить копцентрацшо 之 оптически активного вещества в растворе (например, декстрозы в водном растворе). Если изменение азимута (угол поворота) обозначить через 之，а концентрацию (в г/с庙;)через С, то
e =
где А ——длина пути света в растворе (в сантиметрах), а 同一вращательная способность. Так как вращательная способность сильно меняется с частотой света (обычно она пропорциональна квадрату частоты), то для точного определения угла поворота необходимо пользоваться монохроматическим светом.
Поляриметрический метод детально разработан и описан в книгах многих авторов, в том числе Геллера [184], Бейтса [19], Брауна и Зербана [63] и Бруха [65]. Простейший поляриметр состоит из источника монохроматического света и двух линейных поляризаторов. В первоначальном положении поляризаторы скрещены и не пропускают света. Исследуемый объект помещается между поляризаторами и измеряется угол, на который надо повернуть один из поляризаторов, чтобы свет опять не проходил. Объект обычно представляет собой жидкий раствор в кювете из изотропного стекла без остаточных натяжений. Точность определения угла поворота значительно выше в полутеневых системах. В них задача экспериментатора сводится к уравниванию освещенности двух половин поля вращением поляризатора. Для раздвоения поля на пути половины пучка вводится маленький двупреломляющий поляризатор, называемый призмой Липпиха. Призма слегка наклонена вправо или влево, так что направление колебаний света, прошедшего через нее, на несколько градусов отличается от направления колебаний в остальной части поля. Как показал Рудольф [383] и другие авторы [218, 265], оптимальная величина наклона зависит от яркости источника и от качества поляризаторов. Если яркость велика, а поляризаторы обладают минимальным значением параметра //90, оптимальный угол наклона составляет всего 2°. В других случаях приходится устанавливать угол 5° и даже 10° (см. [218]). В связи с тем что величина 〃9о должна быть как можно меньше, наиболее подходящими являются двупреломляющие поляризаторы или поляроиды типа HN-22. (Другие типы полутеневых приборов описаны в гл. 7, § 11.)
В некоторых современных типах поляриметров в качестве детектора вместо глаза используются фотоэлементы. Точность при этом возрастает до 0,01° или даже 0,001。[211, 383]. Кроме того, фотоэлементы могут работать за пределами видимой области спектра (Митчелл [322], Дюверне и Верньо [121]). В некоторых приборах используются два фотоэлемента, по одному на каждую половину поля, в других — один фотоэлемент последо-
вательно воспринимает оба поля. Устройства с двумя фотоэлементами описаны Дауни [112] и Кестоном (патент fni8]). Установки с одним фотоэлементом были созданы Рудольфом [383], Малколмом и Эллиотом [310], Хайдом и др. [211] и Броде и Джонсом [60]. В некоторых случаях поляриметр соединяется" с монохроматором; полученный прибор называют спектрополяриметром (см. Бийардон и Бадош [32], Клайн [263], Харди [178], Митчелл [322] и Митчелл и Вейтч [321]). Поляриметр для изучения затмений предложен Неем и др. [332].
Такасаки [419] описал поляриметр с компенсатором Сенармона, в котором используется кристалл дигидрофосфата аммония, возбуждаемый переменным током.
Поляриметры, специально предназначенные для измерения концентрации сахара в растворе, известны под названием сахариметров. Они обстоятельно описаны Бейтсом [19] и Брауном и Зербаном [63]. Поляриметрам для измерения эффекта Фарадея в газах посвящены работы Ингерсолла и Либенберга [212, 213]. Интересно отметить, что в таких поляриметрах длина пути света в газе достигает 20 м. Поляриметр для микроволнового диапазона описан Алленом [3] (см. также [84]). Детальное обсуждение эффекта Фарадея проведено Уорингом и Кастером [438].
Теория циркулярного двупреломления. Теории циркулярного двупреломления посвящено много работ, среди которых наиболее существенны работы Борна [53], Чандрасекара [75], Кондона [88], Броде [61], Лоури [299] и Федорова [142]. Таблицы вращательной способности многочисленных материалов опубликованы Маллема- ном [311], Ингерсоллом и Либенбергом [214] и многими другими. Большая часть работ Маллемана, Ингерсолла и Либенберга касается циркулярного двупреломления газов в магнитном поле, т. е. эффекта Фарадея в газах.
микроскопия
Поляризационные микроскопы рассматриваются в работах многих авторов, в том числе Амброна и Фрея
[5], Бурри [68], Халлимонда [176, 177], Хартшорна и Стюарта [182], Иохансена [238], Ринне и Берека [376], Сванна и Митчисона [417], Викерса [434] и Веста [451]. Обзор их применений в металлографии дан Дансмюром [120], а также Конном и Бредшоу [89], в керамическом деле ——Инсли и Фречеттом [219]. В обычном поляризационном микроскопе имеется два поляризатора, один из которых расположен под конденсором, а второй (анализатор) ——над объективом. Вследствие того что лучи света идут почти параллельно оси микроскопа, влияние наклонного падения, как показал Бакстер 】)，минимально. В качестве поляризаторов часто применяются призмы Аренса (см. гл. 5, § 4). В последнее время интенсивно используются поляроиды типа HN-22. Для оценки формы поляризации света, прошедшего через исследуемый образец, используется пластинка с регулируемым сдвигом фазы, называемая компенсатором (см. гл. 7, § Н).
В последние годы поляризационные микроскопы были существенно усовершенствованы Иню и Хайдом [215——217]. Добившись полного устранения двупреломления, которое часто имеет место в конденсоре и объективе, и введя специальные поляризационные компенсаторы, они смогли значительно увеличить чувствительность и контраст. Назначение такого компенсатора — свести к минимуму деполяризующее действие периферических частей конденсора и объектива, которые изменяют направление колебаний падающего на них линейно поляризованного света. Вследствие кривизны линз лучи, падающие на различных расстояниях от центра и под разными азимутами, испытывают разную деполяризацию при отражении. Следовательно, если свет, падающий на линзу, имеет одно направление колебаний, то в свете, выходящем из линзы, неизбежно будут представлены различные направления колебаний. В результате ни при каком положении анализатора не будет происходить полного гашения света, прошедшего через определенную часть образца, так что небольшое
L, Baxter, частное сообщение.
двупреломление этой его части не сможет быть обнаружено. Поляризационный компенсатор также имеет кривую поверхность, вследствие чего возникают различные изменения формы поляризации. Кроме того, он содержит линейную фазовую 180°-пластинку, азимут которой выбран так, чтобы направление колебаний менялось на обратное и точно компенсировались изменения, возникающие на линзе. Если один такой компенсатор поместить непосредственно под конденсором, а другой — непосредственно над объективом, то можно добиться полного погашения [215], даже если числовая апертура объектива достигает 1,25. Таким образом удается обнаружить сдвиг фазы порядка 10-3 цикла, например даже во внутриклеточных объектах диаметром 1 мк. Применяя этот метод, Иню смог обнаружить и сфотографировать внутриклеточные двупрелом л яющие структуры и детали строения ядер, которые невозможно обнаружить другим способом.
Фазоконтрастные микроскопы. Некоторые исследователи делали попытки улучшить обычный фазоконтрастный микроскоп путем использования поляризаторов. Поляризаторы должны обеспечить регулировку контрастности или дать возможность получить разную контрастность для разных длин волн, т. е. осуществить цветовой фазовый контраст (см. работу Барера [15]).
Интерференционные микроскопы. В интерференционном микроскопе используются два когерентных луча, один из которых проходит через образец, а другой — мимо образца, после чего они вновь соединяются. Наблюдаемая картина характеризует распределение оптической разности хода по образцу. В некоторых интерференционных микроскопах поляризаторы играют важную роль； они используются для создания исходных когерентных линейно поляризованных пучков и для выделения света с определенным направлением колебаний в окончательном изображении (см. статьи Смита [403], Барера [17],①рансона [148], Кестера [265, 266], Иню и Кестера [218] и Ричардса [373]).
КРИСТАЛЛОГРАФИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
Многие кристаллы и ориентированные полимерные материалы обладают значительным двупреломлением и дихроизмом в ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областях. Изучая эти характеристики и определяя направление соответствующих осей, можно проводить идентификацию материалов, а также получать данные о химической структуре новых веществ Ч.
Если образец очень мал или поглощение очень велико, то исследования можно проводить с помощью поляризационного микроскопа (см. выше). Если же размеры достаточно велики и образец однороден, то можно исследовать спектр дихроизма с помощью спектрофотометра и поляризатора.
Методы изучения двупреломления кристаллов описаны в работах, ссылки на которые даны в предыдущих главах. К ним следует добавить монографии Фер- стерлинга [146], Борна [53], Буассе [55] н Покельса [360], а также работу Дрейфуса [116]. Обзоры работ по двупреломлению органических веществ и биологических объектов сделаны Беннетом [25], Герни [166], Остером и Поулистером [341], Стейном [411], Локе [297], Шмидтом [388] и Спенсом [408]. Интересные применения к исследованию живой клетки описаны Иню и др. [215——217].
Работы по циркулярному двупреломлению приведены в § 5 (см. также статьи Джонса [240] и Панчарат- нама [344, 346]). Циркулярное двупреломление жидких кристаллов (например, холестерил ацетата и холестерилбензоата) описано Лоуренсом [288]. Циркулярное двупреломление, связанное с поглощением циркулярно поляризованного света, обсуждается в работе Зохера и Якоби [471].
Экспериментальные методы измерения дихроизма описаны Вестом и Джонсом [456], Чарни [79] и другими авторами [20, 40, 46, 341]; их применения к дихроичным красителям и микрокристаллам ——Лендом и Вестом
Не менее ценную информацию дает исследование поляризации люминесценции [506, 513, 514, 516, 522J. — Прим. ред.
[281], Лендом [285], Амброузом и др. [6], Блаутом и др. [46], Бовисом [58], Конроем [92], Лембом и Комптоном [277], Леруа [291] и Шерером [386]; применения к органическим пленкам и волокнам—Амброном [4], Амбро- ном н Фреем [5], Блаутом и Карплюсом [44], Блаутом и др. [45], Блаутом и Бердом [47], Эллиотом [129, 130] и Криммом и др. [271]. Циркулярному дихроизму посвящены работы Бруха [64, 66] и Коттона [94].
В последнее время все большее внимание привлекает исследование двупреломления в потоке. Методы этих исследовании разработаны Шерага и Зигнером [385], Бемом и Зигнером [48], Ричем [372], Муральтом и Эдсолом [328], Эдсолом и др. [124], Петерлпном и Стюартом [355], Серфом и Шерага [72], Перри [354], Яне- шитц-Криглем [225], Зиммом [469] и Лоджем [295]. Как показал Вайленд [443], эти исследования можно проводить даже с турбулентным потоком.
Представляет также интерес исследование дихроизма в потоке. В вертикальном потоке происходит ориентация молекул, и дихроизм можно измерять в течение всего времени, пока поддерживается поток. Методика этих измерений описана Зохером и Якоби [471] и Бердом и др. [38].
ФОТОУПРУГИЙ АНАЛИЗ
Фотоупругим анализом называют метод, позволяющий по сдвигу фаз судить о механических напряжениях. Если плоскую стеклянную полосу подвергнуть растяжению, то стекло окажется несколько деформированным, в нем возникнут механические напряжения. Вследствие этого оно станет двупреломляющим и будет сдвигать фазу света. Если напряжение мало, то сдвиг фазы пропорционален напряжению. Для многих материалов коэффициент пропорциональности (коэффициент фотоупругости) известен. Следовательно, измеряя сдвиг фазы, можно определить величину напряжения. Направление осей наибольшей и наименьшей скорости указьь вает направление главных осей напряжения.
Для проведения фотоупругого анализа исследуемая деталь изготавливается из прозрачного материала
с высоким коэффициентом фотоупругости [22, 191]. Необходимое для анализа оборудование и сама методика описаны в ряде книг, например Джессопа [237] и Кокера и др. [86] (см. также [2, 14 3, 152, 191, 23 5]). Главной частью установки является полярископ, состоящий из осветительной системы, пары поляризаторов и держателя для образца (который должен быть расположен между поляризаторами). Выпускаются разные типы полярископов. В некоторых из них используются монохроматические источники света, следствием чего являются такие преимущества, как повышение точности, простота фотоэлект рических измерений, а также возможность применения черно-белой фотографии. В других применяется белый свет; тогда получается более наглядная окрашенная картина. Сдвиг фазы (выраженный в числе циклов) часто можно определить прямо на глаз, если это число невелико. В большинстве полярископов используются линейные поляризаторы, которые очень удобны для определения главных осей напряжений. Поскольку поляризаторы практически ахроматичны, можно успешно работать с широкими интервалами длин волн. Полярископы с циркулярными поляризаторами удобны для определения разности между главными напряжениями. Однако циркулярные поляризаторы хорошо работают только в средней части видимой области спектра и значительно хуже — на ее краях.
Классический метод фотоупругого анализа имеет существенный недостаток: образцы должны быть прозрачны. Большинство же объектов, интересующих инженеров-практиков, конечно, непрозрачны. В таких случаях исследователь должен изготовить модель из прозрачного материала, приложить к ней необходимые механические усилия и лишь после этого определять напряжения. Приготовление таких моделей отнимает много времени. Кроме того, всегда имеются сомнения, насколько выводы, полученные при исследовании модели, применимы к исходному объекту.
В последние годы разработан новый метод, пригодный даже для непрозрачных образцов. Его обычно называют методом фотонапряжений, хотя, возможно, це-
лесообразнее назвать его методом косвенного фотоуп- ругого анализа с помощью нанесенных пленок. Он предложен Менаже [318] и развит Д'Агостино [98, 99]方 Зенд^ меном и Вудом [466, 467]. Метод состоит в том, что образец окрашивается отражающей краской и затем на него наносится прозрачная пленка из вещества с высоким коэффициентом фотоупругости. Образец освещается параллельным пучком поляризованного света; зеркально отраженный свет, дважды прошедший через прозрачную пленку, воспринимается через анализатор. Если образец подвергнуть механическому воздействию, то такое же усилие испытывает и пленка. Оценивая на* пряжения в ней, можно судить и о напряжениях в поверхностных слоях самого образца. В общем, этот ме・ тод применяется успешно, однако Д'Агостино [98] указал на возможность ошибок из-за нелинейности связи между напряжением и двупреломлением и из-за спол* зания пленки.
Существуют различные специальные типы полярископов. Аппель и Понтарелли 】)создали инфракрасный полярископ с поляризаторами Глана—Томсона, кварцевыми пластинками и сенсибилизированной фотопленкой, чувствительной к длинам волн до 1,2 мк, в качестве детектора. Бессе и Девиньо [29] применили в ипфракрас* ном полярископе в качестве поляризаторов наклон、 но расположенные кремниевые зеркала. Ряд авторив (Левен [293],①рохт [152],①рохт и Гюрнси [153]) разрабатывали так называемый трехмерный фотоупругий анализ. Циркулярный полярископ, изобретенный Минд- лином [320], содержит один поляризатор и зеркало, благодаря чему свет проходит через образец дважды и поляризатор одновременно служит анализатором.
ДРУГИЕ ПРИМЕНЕНИЯ
Можно было бы назвать сотни других применений поляризаторов и поляризованного света. Ниже перечне^ ляются наиболее существенные из них.
А. V. Appel, D. A. Pontarelli, доклад Американскому оптическому обществу, март 1959 г.
Изучение поляризации излучения удаленных звезд и туманностей (Коэн [84], Дюфай [119], Холл и Майксел [174, 175], Хилтнер [196—198], Пиддингтон [357], Шкловский [393]).
Изучение поляризующего действия галактической пыли (Чандрасекар [73], Дюфай [119], Хилтнер [192—196]).
Изучение плотности атмосферы планет (Дольфус [111], Девокулер [103]； см. также [481]).
Топография магнитных полей на солнечном диске (Симпсон [399]).
Определение поляризации света, рассеянного дневным небом (Беннет и др. [24], Чандрасекар и Элберт [76], Чепмен [78], Каулсон и др. [96], Дитце [106], Фойтцик [145], Йенсен [230], Ленобль [290], Поллак и Вильгельм [362], Ричартс [375], Секейра [391, 392]).
Определение поляризации света на море (Холберт [203]).
Определение поляризации света под водой (Иванов [220], Уотермен [439, 440]).
Управление ориентацией атомов и прецессией атомов; оптическая накачка (Калвер [97], Демельт [101]).
Обнаружение поляризации рентгеновских и у-лучей (①air и Ханна [136], Джемник и Аксель [223], Шик и др. [387]).
Измерение вращающего момента, связанного с циркулярно поляризованным светом (Бет [30], Анрио [187], Холборн [199]).
Демонстрация двупреломления ферритов (Фокс и др. [147], Таунс [425]).
Обнаружение дислокаций в кристаллах (Бонд и Андрус [51]).
Определение направления выбивания электронов фотонами высокой энергии (Макмастер и Хирфорд [305]).
Исследование поляризационной зависимости фоточувствительности фотопроводящих материалов (Келли [258]).
Определение дихроизма F-центров и М-центров поглощения в щелочно-галоидных кристаллах (Комптон ), Ван Дорн и Хавен [432]).
Изучение эффекта Вейгерта и фотодихроизма (Хель- вич [186], Кондо [267], Никитин [335, 336], Вейгерт [447], Зохер и Копер [473]).—
Измерение времени затухания флуоресценции (Пер^ рен [352], Равилью и др. [371]).
Определение оптических постоянных металлов (Детч- берн [108], Пришивалко [365], Робертс [377]).
Оптические прицелы (Ленд [П107, П108], Вест [П140]).
Определение прямизны длинных линий (Дайсон [122]).
Измерение толщины очень тонких диэлектрических пленок с помощью эллипсометра (Ротеч [381, 382], Рудольф [383]).
Измерение диаметров анизотропно преломляющих волокон (Бриджес и Рериг [П6], Рериг [П130]).
Определение распределения размеров частиц (Кер- кер [260]).
Системы секретной связи (Ленд [П96], Мюллер [ГП 29]).
Получение гармонических музыкальных тонов (Ленд и Грабау [П98]).
ПРИЛОЖЕНИЕ 1ПРИЛОЖЕНИЕ 1НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Существует по крайней мере десять способов непосредственного получения поляризованного света, которыми можно пользоваться вместо того, чтобы сначала создавать неполяризованный свет, а затем ставить на его пути поляризатор. Однако на практике эти методы, интересные в теоретическом отношении, применяются мало.
Скользящий выход лучей. В 1926 г. Уортинг [461] обнаружил, что излучение поверхности полоски нагретого до 3000° С вольфрама, испускаемое в направлении, почти параллельном этой поверхности, линейно поляризовано, причем степень поляризации составляет 90—— 95%. Направление преимущественных колебаний приблизительно перпендикулярно поверхности. Причиной этого являются потери на отражение выходящего света, которые гораздо больше для компоненты колебаний, параллельной поверхности.
Даже свет, излучаемый раскаленной вольфрамовой проволокой, имеет значительную среднюю эффективную поляризацию — примерно 20% в суммарном потоке, приходящем к данному наблюдателю от разных участков проволоки. Гетце 】)показал, что степень поляризации падает с 20% до 5%, если проволоку охладить до красного каления. Поляризация света, излучаемого раскаленными проволоками из других металлов, измерялась Шубертом [390], а также Кейслером и Маногом [262].
R. G о е t z е, доклад, 1955 г., Каракас, Венесуэла.
Поляризованное тепловое излучение. Если раскалить дихроичный материал (например, турмалин), то в излучаемом свете будет преобладать та форма поляризации, которая преимущественно поглощается в этом материале. Этот факт находится в согласии с законом Кирхгофа о связи между поглощением и излучением.
Поляризованная флуоресценция. Многие кристаллы при возбуждении неполяризованным ультрафиолетовым светом излучают поляризованную флуоресценцию, па- пример антрацен, хризен и фенантрен (см. Гангули и др. [157], Чаудури [81], Вебер [444]). Изучая степень поляризации света, испускаемого в различных направлениях, можно определить ориентацию молекул и природу осцилляторов, ответственных за излучение флуоресценции [157]
Штарк-эффект. Если газоразрядную лампу, например водородную, поместить в сильное электрическое поле Е то свет, излучаемый в направлении, перпендикулярном полю, оказывается поляризованным. Каждая спектральная линия расщепляется в поле на несколько поляризованных линий. Свет, излучаемый перпендикулярно полю Е, состоит из линий, линейно поляризованных либо параллельно Е (р-компоненты), либо перпендику- кулярно Е (s-компоненты). Это так называемый поперечный эффект Штарка. Свет, излучаемый параллельно полю, неполяризован.
Зееман-эффект. Если разрядную трубку, содержащую, например, пары натрия, поместить в сильное магнитное поле Н, то каждая спектральная линия расщепляется на несколько линий. Свет, излучаемый перпендикулярно Н, линейно поляризован параллельно Н (р-компо- нента) или перпендикулярно Н (s-компонента). Это явление называется поперечным эффектом Зеемана. Свет, излучаемый параллельно Н, циркулярно поляризован (продольный эффект Зеемана).
Эффект Зеемана обнаруживается даже в микроволновом диапазоне (Эшбах и др. [133]).
См4 также [513]. — Прим, рс&
Эффект Вавилова ——Черенкова. Когда электроны, движущиеся со скоростью, близкой к 3 • 1010 см/сек, попадают в прозрачное тело, их скорость в среде может превышать скорость света в этой среде. В этом случае излучается видимый свет (см. Джелли [228] и Линхарт [294]). Волновой фронт W излучаемого света имеет коническую форму, и каждый луч линейно поляризован так, что его электрический вектор параллелен соответствующему элементу W ).
Взаимодействие электронного пучка с решеткой. Этот метод был изобретен Смитом и Парселлом в 1953 г. [404]. Пучок быстрых (300 кэв) электронов пропускается очень близко от поверхности плоской алюминированной решетки, содержащей примерно 6000 штрихов на 1 см. Пучок параллелен плоскости решетки и перпендикулярен штриховым выступам. На выступах индуцируются положительные заряды, движущиеся синхронно с электронами. В результате на выступах решетки возникает периодическое движение зарядов, порождающее электромагнитное излучение. Это излучение поляризовано перпендикулярно направлению штрихов. Как показал Джелли [228], этот эффект имеет большое сходство с эффектом Вавилова — Черенкова.
Ондулятор. Этот способ был предложен Мотцом [325] в 1954 г. Пучок электронов с энергией 2 Мэв пропускается через знакочередующуюся последовательность пар противоположных магнитных полюсов. Каждый электрон, проходя между парой полюсов, испытывает боковое смещение, причем у последующей пары это смещение происходит в противоположном направлении. Таким образом, траектория электрона близка к синусоиде. Следовательно, он испускает линейно поляризованное излучение. Даже если последовательные пары полюсов расположены не слишком близко друг к другу, для наблюдателя, смотрящего навстречу потоку, излучение имеет достаточно высокую частоту (благодаря
эффекту Допплера и очень большой скорости электронов, составляющей около 99,99% от скорости света), так что может восприниматься глазом.
Другие методы. Свет от каналовых лучей и других видов газового разряда часто поляризован. По этому вопросу существует огромная литература (см., например, статью Ангенеттера и Ферлегера [9]).
Во многих случаях поляризованы линии комбинационного рассеяния. Этой теме также посвящена обширная литература (см., например, Багаваытам [31], Ка- банп и Дауре [69]).
Излучение мазеров и лазеров может быть поляризовано, если установка содержит двупреломляющие кристаллы или анизотропные покрытия отражающих поверхностей [384].
Радиопередающие антенны, вообще говоря, излучают поляризованные волны [150]. Обычно поляризация линейная, но при использовании спиральных антенн или специального расположения диполей она становится циркулярной [80]. Также легко получить и обнаружить поляризацию в микроволновом диапазоне [205, 484]. Кауфману [256] удалось добиться генерации поляризованных волновых цугов с длиной волны в диапазоне 0,1 — 1 мм.
Гамма-лучи высокой энергии, излучаемые некоторыми ядрами в результате К-захвата, обладают циркулярной поляризацией (Хартвиг и Шоппер [183]). Согласно Уилкинсону [459], у-лучи с энергией 5—10 Мэв, испускаемые при реакции 2H (р, у)зНе, имеют почти 100%-ную линейную поляризацию. Частично поляризовано (степень поляризации около 20%) тормозное излучение (15 Мэв), порождаемое электронами с энергией 25 Мэв (Джемник и Аксель [223]). Электроны, движущиеся в синхротроне, излучают свет с высокой степенью поляризации, причем направление колебаний параллельно плоскости орбиты.
Заметную поляризацию имеет свет, излучаемый определенными областями Крабовидной туманности и некоторыми другими туманностями (см. гл. 10, § 9),
ПРИЛОЖЕНИЕ 2ПРИЛОЖЕНИЕ 2ОСНОВНЫЕ МАТРИЦЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
МЮЛЛЕРА И ДЖОНСА
Метод определения матриц для расчетов по методам Мюллера и Джонса и способ их применения были описаны в гл. 8.
Наиболее часто применяемые матрицы приведены в данном приложении. Очевидно, что точная форма матриц (например, знаки у членов, содержащих синусы углов) зависит от выбора способа описания света, поляризаторов и фазовых пластинок. Формы, приведенные ниже, справедливы только для того способа описания, который принят в данной книге (см. гл. 1—3 и 7).
Обозначения. Через & и Si мы будем обозначать cos 0 и sin 0 для поляризаторов и соответственно cos р и sin р для фазовых пластинок, через С2 и S2 обозначены cos 20 и sin 20 для поляризаторов и cos 2р и sin 2р для пластинок. Введем также следующие обозначения:
-2。-2А2-2。-2А2
-2。-2А2
-2。-2А2
U = COS у，
где М, С и S — соответственно второй, третий и четвертый параметры Стокса для нормированного собственного вектора наибольшей скорости данной пластинки, а
6 (в радианах или градусах) —сдвиг фазы. Наконец,
У = cos(2 arc tg ^)， Р = ем*
Z = 土 sin(2 arc tg 弋,Z = 土 sin(2 arc tg 弋,q = e-E/4q = e-E/4
Z = 土 sin(2 arc tg 弋,
Z = 土 sin(2 arc tg 弋,
q = e-E/4
q = e-E/4
В выражении для Z положительный или отрицательный знак ставится в зависимости от того, как перемещается наибольший собственный вектор ——по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Основные матрицы. Стандартные матрицы для различных сред, поляризаторов и пластинок, сдвигающих фазу, приводятся ниже.
РАЗЛИЧНЫЕ СРЕДЫ
Оптическое устройство
Матрица Мюллера
МатрицаДжонса
нетнет
нет
нет
Вакуум или идеальная пластинка изотропного непоглощающего стекла
Идеальная пластинка изотропного поглощающего стекла с пропусканием k (или р2)
Полностью поглощающая пластинка
000"01000010001.F000"0k0000论0.000左一"0000"00000000.0000.■ 1000-00000000.0000.000"01000010001.F000"0k0000论0.000左一"0000"00000000.0000.■ 1000-00000000.0000.Идеальный деполяризатор (воображаемое устройство)
0
0
0"
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1.
F
0
0
0"
0
k
0
0
0
0
论
0
.0
0
0
左一
"0
0
0
0"
0
0
0
0
0
0
0
0
.0
0
0
0.
■ 1
0
0
0-
0
0
0
0
0
0
0
0
.0
0
0
0.
0
0
0"
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1.
F
0
0
0"
0
k
0
0
0
0
论
0
.0
0
0
左一
"0
0
0
0"
0
0
0
0
0
0
0
0
.0
0
0
0.
■ 1
0
0
0-
0
0
0
0
0
0
0
0
.0
0
0
0.
Азимут 0 оси пропускания
Матрица Мюллера
МатрицаДжонса
0°
90°
45°
—45。
Общий случай
-1 1
0
0"
1 1
0
0
0 0
0
0
-0 0
0
0一
1—10(
0-
—11 0 0
00 0 0
00 0 0.
"1 0 1 0-
0 0 0 0
10 10
.0 0 0 0_
1
2"
-10—10-
-I]
0 0
—1 0
_ 0 0
0 0
1 0
0 0.
—
1e2
S2 0
1 -
1 ，
eе
с2s2 0
c】sj
2 I
§2 С2s2
S^ 0
，S]
s岂
00
00_
Вид поляризатора
Матрица Мюллера
Матрица Джонса
Правоциркулярный О
Левоцир-。 кулярный О
Правоэллиптический
О
0 = 0°
2 = 0,5 а
Правоэллиптический 夕
0 = 22,5° 2 = 0,318
Эллиптический, общий случай
1 攵
1
2
1
У
У
У
1
&， s2y Z
1
1
Г
1 о,
0 0,
彳
с
"1 0
0 0
0 0
-1 0
1 0
0 0
0 0
—1 0
0,6
6 0,36 0
8 0,48
И77
7з
7з
7з
С2y
0旷2 2s2y2 22yz
0 1 " 0 0 0 0
0 1,
0 -1 0 (
0 ( 0 1
0 0,£ 0 0,4
0 c
0 0,(
VW 7з 7s %
S2y
C2s2и S犷2
S2 yz
[-
)
)
18
)4.
У
1
7
7
7
H
3
3
3 -
Z
% у 2
s2 y2
Z2
Я；：]
H-；：]
詬;J]
г 2,73 1 — 〃
1 m*n 1 л |2J * где наибольший и наименьший собственные векторы Джонса:
15t Зак. 1287
213
Вид поляризатора
Матрица Мюллера
Однородный нерассеивающий недеполяризующий недвупреломляю- щий поляризатор с главными значениями пропускания 々1 == Pl Н 鱼 ^ Р2 и с горизонтальной осью пропускания (0 = 0°)
飞+局
々1 —后 о0-
1
k[々2
々1力2 оо
芽
0
0 2 м価 0
.0
00 2m亚一
То же при 0 = 90°
1
■自+月 一自+包
一自+局00■
自+々2 00
0
0
02)/■価0
L0 P】
.0
00 2M瓦爲.
Неоднородный правоциркулярный поляризатор, состоящий из двух идеальных однородных слоев: линейного поляризатора с горизонтальной осью и линейной фазовой 90°-пластинки с осью под 45°. Свет падает на линейный поляризатор
-1 1
丄 0 0
0 0 0
1 1
0 0
0 0
0 0 о о
Азимут р осинаибольшейскорости
Матрица Мюллера
Матрица Джонса
0°
"1000
О1ОО
О001
.00—10
-45°
\
"100 О"
О 1 О О0 0 0 —1.0 О 10_
"1 О О О
0 0 0 —1
О 0 1 о .0 1 0 о., "1000]
О0 0 1
О0 10
0—1001
Общий случай
[7
7-Е/4 _ О
一野+S；Q p%Si 一HACiS] C；Q + S部.
15*
215
Сдвиг фазы 6
Азимут р осинаибольшейскорости
Матрица Мюллера
Матрица Джонса
180°
0 или 90°
180°
±45°
2
5
180° Произволь-ный
360°
Произволь-ный
"1
0
0
0-
0
1
0
0
0
0 —1
0
_0
0
0
—1
-1
0
0
0"
0
-1
0
0
0
0
1
0
.0
0
0
—1_
-1
0
0
0"
0
程一^2
2 c2 s2
0
0
2c2s2
S^— ^2
0
.0
0
0
-1 .
■1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
о
1
2
1
о
Произ-
0°
"1
0
0
о -
вольный
0
02+ Q2
0
0
м о 一
0
0
—D2+G2
2OG
_ 0 0一沁/2
.0
0
— 2DG
2G2 — 1 .
Произвольный
Произвольный
■1
0
0 D2__E2_^Q2
0
2DE
o -
—2EC
[C^ + Sy^2 C5 2isin^ ' СВ 2z sin у C^e-id/2+Slei612
0
2DE
—£）2+石2+02 2DG
_0
2EG
—20G
2G2-
-1_
или
Г^И ^12 1
1^21 77222 r
где Шц = cos2 p + e ~/d sin2 p,
Н
加22 = Sin2 P 十《—沁 cos2 p,
q
加 12 = ^21 =（1 — «一 "°）COS p sin p
8
Вид пластинки
Матрица J
Июллера
Правоцирку-
0 0-
лярная,
00
1 0
d = 90° (С = 45°)
0 —1
0 0
_о 0
0 1_
Левоциркуляр-
-1 0
о о*
ная, Ь = 90°
0 0 -
-1 0
(£ = -45°)
0 1
0 0
_о о
0 1_
Право- или ле
-1 0
0 0"
воциркулярная,
0 —1
0 0
0 = 180°
00
—1 0
(С=±90。)
_о о
0 1_
Правоцирку
-10
00-
лярная, 5 произ
0 cos 5
sin 6 0
вольно
0 — sin d
cos 6 0
_0 0
0 i J
Матрица Джонса
閘」：］
cos
—sin
sin
cos
S
Левоциркулярная, 6 произвольно
Эллиптическая, 5 и р произвольны
0
0
0
0
cos 5
—sin 6
0
0
sin 6
cos 6
0
0
0
0
1
0
0
£)2.尸一尸+-2
2 (DE+FG)
。
2(QETC)
-D2+£2-F2+G2
Lo
^DF-Ев)
-2 (DQ+EF)
0-
-2(DF+EG)
2{DQ^EF)
一02一平 + 尸2+02_
0-2 3-2cosin
92
n 3_2
'呀d/2+s%T・6/2 CrSr(2i^^ е^У _ С»(2i sin 4-) /Y吸 T"2+s%№/2
где C「= cosR, S「=sin R (см. гл. 1 и 2)
БИБЛИОГРАФИЯ 1)
Abraham М., Becker R., Classical Theory of Electricity and Magnetism, London, 1937. (См. перевод: А б p а г а м M., Беккер P., Теория электричества, M., 1939.)
Alexander N., Photoelasticity, Kingston, 1936.
A11 e n P. J., Proc. IRE, 47, 1231 (1959).
«Поляриметр для микроволновой области».
Ambronn Н., Ann. d. Phys., 34, 344 (1888).
«О дихроизме клеточных мембран растений».
Ambronn Н., Frey A., Das Polarisationsmikroskop, seine Verwendung in der Kolloidforschung und in der Farberei, Leipzig, 1926.
Ambrose E. J., Elliott A., Temple R. B., Proc. Roy. Soc„ A206, 192 (1951).
«Применение поляризованного инфракрасного излучения для исследования кристаллических структур».
American Institute of Physics Handbook, New York, 1957. Имеются данные по поляроидам и т. д.
Anderson S., Journ. Opt. Soc. Amer., 39, 49 (1949). «Ориентация молекул метиленового голубого, адсорбиро ванных на твердых веществах».
Angenetter Н., V е г 1 е g е г Н., Phys. Zs., 39, 328 (1938). «Поляризация света, излучаемого каналовыми лучами».
Arago F. J., Oeuvres completes, vol. 10, 1812, p. 36.
Archard J. E., Taylor A. M., Journ. Sci. Instr., 25, 407 (1948).
«Усовершенствованная призма Глана — Фуко».
Archard J. F., Journ. Sci. Instr., 26, 188 (1949).
«Изготовление и испытание поляризационных призм».
Archard J. F., Clegg P. L., Taylor A. M., Proc. Phys. Soc., B65, 753 (1952).
«Фотоэлектрические исследования эллиптически поляризованного света».
A u t г u m Н., Stumpf Н., Zs. Naturforsch., 5В, 116 (1950).
«Пчелиный глаз как анализатор поляризованного света».
Звездочками отмечены работыл добавленные редактором перевода. —Прим. ped.
Barer R., Nature, 164, 1087 (1949).,
«Фазоконтрастная микроскопия с изменением цвета».
Barer R., Journ. Sci. Instr., 26, 325 (1949).
«Некоторые опыты с поляроидами в ультрафиолетовой области». Описывается применение поляроида из поливинилового спирта с добавкой иода в близкой ультрафиолетовой области.
Barer R., в книге: Spencer D. A. (ed.), Progress in Photography, vol. 2, London, 1951 —1954.
«Фазоконтрастная и интерференционная микроскопия».
Bartholinus Е., Experimenta crystalli Islandici disdiaclas- tici quibus mira & insolita refractio detegetur, Copenhagen, 1670.
Сообщается об открытии двойного лучепреломления.
Bates F. J., National Bureau of Standards, Circular C-440 (1942).
«Поляриметрия и сахариметрия».
Baxter L., Makas A. S., S h u г с 1 i f f W. A., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 229 (1956).
«Измерение спектральных свойств сильно поглощающих поляризаторов». Описывается вращающаяся оправа, а также Н- и К-поляроиды, для которых G90 достигает 5,0.
Baxter L., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 435 (1956).
«О свойствах поляризующих элементов, используемых в оптических приборах. III. Угловая апертура положительного дихроичного поляроида». Обсуждается влияние наклона для поляроида типа HN-22.
Bayley Н. G., Nature, 183, 1757 (1959).
«Желатина как фотоупругий материал».
Baylor Е. R., Smith F. Е., Am. Naturalist, 87, 97 (1953).
«Ориентация Cladocera в поляризованном свете».
Bennett Н. Е., Bennett J. М., Nagel М. R., Journ. Opt. Soc. Amer., 51, 237 (1961).
《О поляризации инфракрасного излучения безоблачного неба».
Bennett Н. S., в книге: McClung R. (ed.), McClung's Handbook of Microscopical Technique, New York, 1949.
«Микроскопическое исследование биологических объектов с помощью поляризованного света».
Berkman S., Boehm J., Z о с h е г Н., Zs. phys. Chem., 124, 83 (1926).
«Анизотропные медь, серебро и золото》. Описан дихроизм упорядоченных микрокристаллов золота, серебра, ртути и т. д.
Bernauer F., Fortschr. Mineral. Krist. Petrog., 19, 22 (1935).
«Новый способ изготовления поляризаторов».
Bertrand Е., Compt. rend., 96, 538 (1884).
«О новой поляризационной призме».
Besse A., D е s v i g п е s F., Rev. opt., 38, 344 (1959).
«Инфракрасный полярископ». Устройство, в котором используются кварцевые зеркала под углом Брюстера.
Beth R. A., Phys. Rev., 50, 115 (1936).
«Механическое определение и измерение момента количества движения света». Рассматривается вращающий момент, создаваемый циркулярно поляризованным светом.
Bhagavantam S., Ind. Journ. Phys., 7, 79 (1932).
«Поляризация линий комбинационного рассеяния в жидко-
СТАХ》
В i 11 а г d о n М., В a d о z J., Compt. rend., 248, 2466 (1959).
«Фотоэлектрическое приспособление к спектрополяриметру для исследования дисперсии естественной вращательной способности».
Billings В. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 37, 738 (1947).
«Настраиваемый узкополосный оптический фильтр».
Billings В. Н., Land Е. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 38,
819 (1948).。
«Сравнительный обзор некоторых возможных конструкций фар с применением поляризаторов».
Billings В. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 966 (1951).
«Монохроматический деполяризатор».
В i 11 i n g s В. H., Ciencia e invest. (Buenos Aires), 8, 99 (1952).
«Монохроматический деполяризатор».
Biot J. R., Bull. soc. philomath. Paris, 6, 26 (1815).
《0 частной поляризации, наблюдаемой в турмалине».
Bird G. R., Parrish M., J г., В1 о u t E. R., Rev. Sci. Instr., 29, 305 (1958).
«Прибор для наблюдения дихроизма в инфракрасной области в текущих растворах полимеров».
Bird G. R., Parrish М., Jr., Journ. Opt. Soc. Amer., 50, 886 (I960).
«Проволочная решетка как поляризатор в близкой инфракрасной области».
Bird G. R., S h u г с 1 i f f W. A., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 235 (1959).
«Поляризующая стопа для инфракрасной области: конструкция и метод улучшения анализирующих свойств».
Birge R. Т., D и В г i d g е L. A., Journ. Opt. Soc. Amer., 25, 179 (1935).
«Природа неполяризованного света».
Blackwell H. R., Journ. Opt. Soc. Amer., 43, 815 (1953).
«Влияние окрашенных стекол на видимость при слабом освещении». Отмечаются недостатки окрашенных козырьков и окрашенных стекол у автомашин.
Blake R. Р., Makas A. S., West С. D., Journ. Opt. Soc. Amer., 39, 1054 (1949).
«Дихроичные поляроиды молекулярного типа для излучений с длиной волны от 0,75 до 2,8 附к». Описывается поляроид HR-типа.
В 1 о u t Е. R., К а г р 1 u s R., Journ. Am. Chem. Soc., 70, 862 (1948).
«Инфракрасный спектр поливинилового спирта».
В1 о u t Е. R., Bird G. R., Grey D S., Journ. Opt. Soc. Amer., 39, 1052A (1949).
«Инфракрасная микроспектроскопия».
В1 о u t E. R., Bird G. R., Grey D. S., Journ. Opt. Soc.
Amer., 40, 304 (1950).
«Инфракрасная микроспектроскопия».
В1 о u t E. R., Bird G. R., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 547 (1951).
«Инфракрасная микроспектроскопия. II».
Boehm G., Signer R., Helv. Chim. Acta, 14, 1370 (1931).
«О двойном преломлении белковых растворов в потоке».
Boehm G., Acta Ophthalmol., 18, 109 (1940).
«О поляризационных явлениях в сетчатке (явление Хай- дингера) и об одном поляризационно-оптическом дефекте глаза».
Bolla G. V., Zs. Phys., 103, 756 (1936).
«Поляризационные эффекты в кварцевых спектрографах».
Bond W L., Andrus J., Phys. Rev., 101, 1211 (1956).
«Фотография поля напряжений вокруг краевых дислокаций».
Born М., Optik, Berlin, 1933. (См. перевод: Борн М., Оптика, Харьков, 1937.}
Born М., Proc. Roy. Soc., А150, 84 (1935).
«Теория оптической активности».
Born М., Wolf Е., Principles of Optics, London, 1959.
В о u a s s e H., Optique cristalline double refraction, polarisation rectiligne et eliiptique, Paris, 1925.
В о u h e t C., Lafont, Rev. opt., 28, 490 (1949).
«Новая конструкция поляризаторов*. Описан прямоугольный призменный поляризатор.
В о и г i a u Y., Lenoble J., Rev. opt, 36, 531 (1957).
«Исследование поляризаторов для ультрафиолетовой области». Описываются различные призменные поляризаторы для ультрафиолетовой области.
Bovis Р., Compt. rend., 184, 1237 (1927).
«Спектры поглощения н плеохроизм иода и герапатита». Определяется дихроичное отношение отдельных кристаллов иода.
Brewster D., Phil. Trans., 105, 125 (1815).
«О законах, которым подчиняется поляризация света, отраженного от прозрачных тел».
В г о d е W. R., Jones С. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 31, 743 (1941).
«Регистрирующий спектрофотометр и спектрополяриметр»
В г о d е W. R., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 987 (1951).
«Вращение плоскости поляризации химическими соедине НИЯМИ».
Brown Т. В., Am. Journ. Phys., 26, 183 (1958).
«Эллипсометр для студенческой лаборатории. Примеры эллиптически поляризованного света».
Bro w n e C. A., Z e г b a n F. W., Physical and Chemical Methods of Sugar Analysis, New York, 1941.
Bruhat G., Rev. opt., 8, 365, 413 (1929).
«Циркулярный дихроизм».
Bruhat G., Traite de polarimetrie, Paris, 1930.
Bruhat G., G u e n а г d P., Compt. rend., 203, 784 (1936).
«Исследование кругового дихроизма раствора камфары в органических растворителях».
В u i j s К・，Appl. Spectroscopy, 14, 81 (I960).
«Изготовление селеновых поляризаторов для близкой инфракрасной области».
Burri С., Das Polarisationsmikroskop, Basel, 1950.
Cabannes J., D a u r e P., Conipt, rend., 208, 1700 (1939).
«Спектры комбинационного рассеяния бензола в циркулярно поляризованном свете》.
Campbell С. D., Northwest Sci., 28, 43 (1954).
«Небесный компас для полевых исследований и работ».
Carpenter R. О., Journ. Opt. Soc. Amer., 40, 225 (1950).
«Электрооптический эффект в одноосных кристаллах типа дигидрофосфата аммония. III. Измерение коэффициентов». Приводятся значения наименьших измеряемых отклонений.
Cerf k., Scheraga Н. A., Chem. Rev.. 51, 185 (1952).
«Двупреломление потока раствора макромолекул».
Chandrasekhar S., Astrophys. Journ., 103, 350 (1946).
«Об равновесии излучающей звездной атмосферы. X》. Вычисление поляризации света звезд.
Chandrasekhar S., Radiative Transfer, Oxford, 1950.
Chandrasekhar S., Proc. Ind. Acad. Sci., 35, 103 (1952).
«Оптическая активность кварца и ее изменение с температурой».
Chandrasekhar S., Elbert D. D., Trans. Am. Phil. Soc., 44, Pt. 6, 88 (1954).
«Интенсивность и поляризация, получаемые в результате релеевского рассеяния солнечного света небом».
Chandrasekaran К. S., Proc. Ind. Acad. Sci., А44, 387 (1956).
«Полная поляризация рентгеновских лучей при отражении от кристалла».
Chapman J. A., Nature, 181, 1393 (1958).
«Устройство для визуального обнаружения линейной поляризации излучения голубого неба».
Charney Е., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 980 (1955).
«Измерение дихроичного отношения в инфракрасной области». Обсуждаются погрешности, возникающие вследствие поляризующего действия призмы спектрофотометра.
С h а г г u М. A., Journ. phys. rad., 21, 93S (I960).
«Опыты со спиральными антеннами на частоте 3000 Мгц. Получение и анализ циркулярного дихроизма». Описываются опыты, в которых были применены правые и левые циркулярные антенны.'
Choudhuri К., Ind. Journ. Phys., 18, 74 (1944).
《О поляризации флуоресценции растворов красителей».
Chubb L. W., J г., Grey D. S., В 1 о u t E. R., Land E. H., Journ. Soc. Motion Picture Telev. Eng., 62，120 (1954).
«Свойства поляризаторов, применяемых в фильтрах и очках для стереокино».
Clarke J. Т., В 1 о u t Е. R., Journ. Polymer Sci., 1, 419 (1946). «Природа карбонильных групп в поливиниловом спирте».
С о h е n М. Н., Proc. IRE, 46, 172 (1958).
«Радиоастрономические поляризационные измерения».
Cohen S. G., Haas Н. С., S 1 о t n i с k Н., Journ. Polymer Sci., 11, 193 (1953).
«Изучение гидроксиэтилполивинилового спирта». Рассматривается рентгеновская дифракционная картина в поливиниловом спирте и производных веществах.
Coker Е. G., F i 1 о п L. N. G., A Treatise on Photo-elasticity, New York, 1957
Colman K. W., Courtney D., Freeman J. B., Bernstein R., Report No. 23 by Courtney & Co., Philadelphia, for Engineering Psychology Branch of Office of Naval Research, contract Nonr — 2346 (00), 1958.
«Регулировка зеркального отражения от экрана радарных индикаторов».
Condon Е. U., Rev. Mod. Phys., 9, 432 (1937). «Теория оптической активности».
Conn G. К. Т., Bradshaw F. J., Polarized Light in Metallography, London, 1952.
Conn G. К. T., Eaton G. D., Journ. Opt. Soc. Amer., 44, 484 (1954).
«Об использовании вращающегося поляризатора для измерения оптических постоянных в инфракрасной области». Указывается, что с помощью стопы из восьми селеновых пленок получена 99,7%-ная поляризация.
Conn G. К. Т., Eaton G. D., Journ. Opt. Soc. Amer., 44, 553 (1954).
«О поляризации света, в частности инфракрасного света, прошедшего сквозь селеновые пленки».
С о п г о у J., Proc. Roy. Soc., 25, 51 (1876).
«Поляризация света кристаллами иода》.
Cords О., Optik, 2, 423 (1947).
«Явление Хайдингера и его интерпретация как вклад в физическое понимание процесса зрения».
Cotton A., Compt. rend., 120, 989 (1895).
«Аномальное поглощение право- и левоциркулярно поляризованного света в некоторых оптически активных веществах». Открытие кругового дихроизма в растворах.
Cotton A., Compt. rend., 193, 268 (1931).
«Призменный поляризатор с нормальным полем, в котором используется отражение внутри кристалла». Описывается поляризатор Коттона.
96.96.97.97.98.98.99.99.100.100.101.101.102.102.103.103.104.104.105.105.106.106.107.108.107.108.109.109.НО.НО.Liu С. К., Mylo- 12, 115 (1955). покрытых двупрелом-Liu С. К., Mylo- 12, 115 (1955). покрытых двупрелом-
96.
96.
97.
97.
98.
98.
99.
99.
100.
100.
101.
101.
102.
102.
103.
103.
104.
104.
105.
105.
106.
106.
107.
108.
107.
108.
109.
109.
НО.
НО.
Liu С. К., Mylo- 12, 115 (1955). покрытых двупрелом-
Liu С. К., Mylo- 12, 115 (1955). покрытых двупрелом-
Coulson К. L., Deirmendjian D., Fraser R. S., Seaman C., S e k e r a Z., Investigation of Polarization of Skylight, University of California, 1955.
Culver W. H., Science, 126, 810 (1957).
«Мазер».
D'Agostino J., Drucker D. C., n a s C., Proc. Soc. Exp. Stress. Anal., «Изучение пластичности металлов, ляющими пластмассами».
D'Agostino J., Drucker D. C.,
n a s C., Proc. Soc. Exp. Stress. Anal., 12, 123 (1955),
«Применение эпоксидных клеев и литых смол в качестве фотоупругих пластиков».
Dawson Е. F., Young N. О., Journ. Opt. Soc. Amer., 50, 170 (I960).
«Винтовая ячейка Керра». Проведенные по методу Джонса расчеты подтверждают предположение о том, что набор повернутых друг относительно друга линейных фазовых пластинок эквивалентен одной циркулярной пластинке.
D е h m е 11 Н. G., Phys. Rev., 105, 1487 (1957).
«Медленная спиновая релаксация оптически ориентированных атомов натрия». Рассматривается поглощение циркулярно- поляризованного света в лазерах.
Demon L., Ann. de phys., 1, 101 (1946).
«Оптические свойства кристаллов метиленового голубого». Описываются обработанные трением стеклянные поверхности с нанесенным красителем.
D е Vaucouleurs G., Physics of the Planet Mars, New York, 1954.
Обзор применения поляризаторов для исследования атмосферы Марса.
D ё V ё С., Optical Workshop Principles, London, 1954.
Описано изготовление поляризационных призм.
D е Vries Н., J i е 1 о f R., Spoor A., Nature, 166, 958 (1950).
«Восприятие человеческим глазом линейно и циркулярно поляризованного света».
D i е t z е G., Einfiihrung in die Optik der Atmosphare, Leipzig, 1957.
Обсуждается поляризация света.
Ditchburn R. W., Light, New York, 1953.
Ditchburn R. W., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 743 (1955).
«Несколько новых формул для определения оптических постоянных из измерений с отраженным светом».
Dmitri I., Photography, 9, 68 (1954).
«Два новых светофильтра». Описываются светофильтры, меняющие оттенок цвета, выпущенные фирмой «Дженерал электрик» в 1954 г.
Dobrow ol ski J. A., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 794 (1959).
«Интерференционные фильтры с очень узкой полосой пропускания, сделанные из слюды».
D о 11 f u s A., Compt. rend., 232, 1066 (1951).
«Определение атмосферного давления на планете Марс». 112. Downie A. R., Journ. Sci. Instr., 35, 114 (1958).
«Устранение флуктуаций сигнала в фотоэлектрическом поляриметре».
Dreyer J. F., Journ. Opt. Soc. Amer., 37, 983 (1947).
«Переменный светополяризующий слой》. Обсуждаются слои Бейлби.
Dreyer J. F., Е г t е 1 С. W., Glass Ind., 29, 197 (1948).
«Анизотропия поверхности стекла》.
Dreyer J. F., PSA Journ, 20, 28 (1954).
«Некоторые применения поляризованного света в фотографии».
Dreyfus М., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 142 (1956).
«Измерения двойного преломления».
Du Bois Н., Rubens Н., Ann. d. Phys., 35, 243 (1911).
«Поляризация неотклоненпого длинноволнового теплового излучения, прошедшего через проволочную решетку».
Dudley В., Photo Tech., 3, 30 (1941).
«Вектографические стереограммы».
Dufay J., Galactic Nebulae and Interstellar Matter, New York, 1957.
В гл. 15 обсуждается поляризация света звезд межзвездным веществом.
Dunsmuir Р., Brit. Journ. Appl. Phys., 3, 264 (1952).
«Применение поляризованного света для исследования кристаллов и их ориентация в металлах после травления».
Duverney R., Vergnoux А. М., Journ. phys. rad., 18, 527 (1957).
«Поляриметрия инфракрасного света». Большая обзорная статья, в которой сравниваются различные типы поляризаторов для инфракрасной области.
Dyson J., Nature, 175, 559 (1955).
«Интерферометр для измерения прямолинейности». Описывается применение поляризаторов и вогнутых зеркал для измерений прямолинейности. Индикатором служит призма Волластона, движущаяся вдоль исследуемой прямой линии.
Edgerton Н. Е., Wyckoff С. W., Journ. Soc. Motion Picture Eng., 56, 398 (1951).
«Быстродействующий затвор без движущихся механических частей».
Е d s а И J. Т., Rich A., Goldstein М., Rev. Sci. Instr., 23, 695 (1952).
«Прибор для изучения двойного преломления в потоке при малых и промежуточных градиентах скорости».
Edwards D. F., В г u е m ni е г М. J., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 860 (1959).
«Поляризация инфракрасного излучения при отражении от поверхности германия».
Elliott A., Ambrose Е. J., Nature, 159, 641 (1947).
«Поляризация инфракрасного излучения». Описан поляризатор в виде стопы из трех селеновых пленок.
Elliott A., Ambrose Е. J., Temple R. В., Journ. Opt. Soc. Amer., 38, 212 (1948).
«Поляризация инфракрасного излучения». Описывается устройство из селена.
Е11 i о 11 A., Ambrose Е. J., Temple R. В., Nature, 163, 567 (1949).
«Двойная ориентация и дихроизм полимеров в инфракрасной области». Изучались поливиниловый спирт, найлон и другие вещества.
Elliott A., Proc. Roy. Soc., А211, 490 (1952).
«Дихроизм в инфракрасной области и ориентация цепочек в кристаллической рибонуклеазе».
Elliott A., Nature, 172, 359 (1953).
«Дихроизм синтетических полипептидов в инфракрасной области».
Ellis J. W., Bath J., Journ. Chern. Phys., 6, 221 (1938).
«Спектр поглощения кристаллов сахарозы в поляризованном свете в близкой инфракрасной области». Описаны поляризационные призмы, пригодные для близкой инфракрасной области.
Ellis J. W., Glatt L., Journ. Opt. Soc. Amer., 40, 141 (1950).
«Полосы в инфракрасных спектрах, создаваемые двупре- ломляющими кристаллами». Обсуждается возможное поляризующее действие призм в инфракрасных спектрофотометрах.
Esh bach J. R., Strandberg M. W. P., Rev, Sci. Instr., 23, 623 (1952).
«Прибор для измерения эффекта Зеемана в микроволновой области》.
Evans J. W., Journ. Opt. Soc. Amer., 39, 229 (1949).
«Двупреломляющий фильтр». Обсуждается фильтр Лио — Омана.
Evans J. W., Journ. Opt. Soc. Amer., 48, 142 (1958).
«Двупреломляющий фильтр Шолка».
Fagg L. W., Hanna S. S., Rev. Mod. Phys., 31, 711 (1959).
«Измерение поляризации у-лучей». Описывается получение и измерение поляризации у-лучей.
Fahy Е. F., М а с С о n a i 11 М. A., Nature, 178, 1072 (1956). «Оптические свойства целлофана».
F а 1 к о f f D. L., McDonald J. E., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 861 (1951).
«О параметрах Стокса для поляризованного излучения».
Fano U., Journ. Opt. Soc. Amer., 39, 859 (1949).
«Замечания о классической и квантовомеханической трактовке частичной поляризации». Применение параметров Стокса к квантовомеханическим свойствам фотонов.
Fano U., Rev. Mod. Phys., 29, 74 (1957).
«Квантовомеханическое описание состояний с помощью матрицы плотности и операторов».
Farwell Н. W., Journ. Opt. Soc. Amer., 28, 460 (1938).
«Рассеяние света поляроидами».-
Федоров Ф. И., Оптика и спектроскопия, 6, 85 (1959).
«К теории оптической активности кристаллов. Закон сохранения энергии и тензоры оптической активности».
F i 1 о n L. N. G., Manual of Photo-elasticity for Engineers, Cambridge, 1936. (См. перевод: Ф а й л о н Л., Оптический метод исследования напряжений, М.——Л., 1940.)
Finch D. М„ Chorlton J. М., Davidson Н. F., в книге: Proceedings of the Fourteenth Session of the International Commission on Illumination, New York, 1959.
«Влияние зеркального отражения на видимость».
F о i t z i k L., Lenz К., Optik, 17, 554 (I960).
«Влияние аэрозолей на поляризацию излучения неба》.
Forsterling К・，Lehrbuch der Optik, Leipzig, 1928.
Большой раздел посвящен кристалам, двойному преломлению и т. д.
Fox A. G., Miller S. Е., Weiss М. Т., Bell. System Tech. Journ., 34, 5 (1955).
«Свойства ферритов в микроволновом диапазоне и их применение».
Frangon М., Journ. Opt. Soc. Amer., 47, 528 (1957).
«Поляризационное устройство для интерференционной микроскопии и макроскопические наблюдения прозрачных изотропных объектов».
9.1) Fresnel A. J., Ann. chini. (Paris) [2], 1, 239 (1816).
«О дифракции света, в частности о цветных полосах, образующихся в тени тел, освещенных точечным источником света». Указывается, что ортогонально поляризованные лучи не интерферируют.
Friedman G. Н., Communication and Electronics (July 1955).
«Эллиптический поляризатор».
Frisch К・，Bees: their Vision, Chemical Sense and Language, Ithaca, 1950.
F г о c h t M. M., Photoelasticity, New York, 1941.
(См. перевод: Ф p о x т M. M., Фотоупругость, т. 1 и 2, M.—Л., 1948—1950.)
F г о с h t М. М., Guernsey R., в книге Proceedings of the First U. S. National Congress of Applied Mechanics, New York, 1951.
«Изучение фотоупругости в трех измерениях».
Fuessner К., Zs. Instrumentenk., 4, 47 (1884).
«О призмах для поляризации света».
См. также: Френель О., Избранные труды по оптике, под ред. Г- С. Ландсберга, М., 1955. — Прим. ред.
Gabler F., S о к о b Р., Zs. Instrumentenk., 58, 301 (1938). «Компенсатор Сенармона».
G a n g е C., Polarisation des Lichtes, Leipzig, 1894.
Ganguly S. C., Chaudhury N. K・，Phys. Rev., 95, 1148 (1954).
«Анизотропия флуоресценции некоторых органических кристаллов».
G е о г g е W. Н., Proc. Roy. Soc., А156, 96 (1936).
«Получение поляризованных рентгеновских лучей».
Gillham Е. J., King R. J., Journ. Sci. Instr., 38, 21 (1961).
«Новак конструкция спектрополяриметра».
Година Д. А., Ф а е р м а н Г. П. Журн. прикл. хим., 14, 362 (1941).
«Коллоидные суспензии герапатита для изготовления поляризационных светофильтров».
Година Д. А., ЖТФ, 18, 1317 (1948).
«Оптические свойства поляризацггонных светофильтров из поливинилового спирта».
G г a b a u М., Journ. Opt. Soc, Amer., 27, 420 (1937).
«Оптические свойства поляроида для видимого света».
G г a b a u М., Journ. Appl. Phys., 9, 215 (1938).
«Поляризованный свет в повседневной жизни».
G г a b a u М., Pamphlet, Polaroid Corporation, Cambridge, Massachusetts, 1940.
«Поляризованный свет п его применение».'
Groos muller J. T., Zs. Instrumentenk., 46, 563 (1926).
«Поляризационное поле призмы Николя». Превосходное обсуждение влияния наклонного падения света в одном ннколе или в двух скр€ш,енных НИКОЛЯХ.
Gurnee Е. F., Journ. Appi. Phys., 25, 1232 (1954).
«Теория ориентации и двойного преломления в полимерах».
Haas Н. С., Journ. Polymer. Sci., 26, 391 (1957).
«Замечание об инфракрасных спектрах поглощения поливинилового спирта».
Haase М., Zeiss Nachr., 2, 55 (1036).
«Применение дихроичных кристаллов в по^чяризациоипых фильтрах》.
Haase М., Zeiss Nachr., 2, 55 (1936).
«Примеры применены# поляризационных фильтров»,
Haase Н. Н., Zs. techn. Phys., 18, 69 (1937).
«Новый поляризационный фильтр и применение дихроичных кристаллов». Упоминаются линейно поляризующие фильтры геротар и миполяр фирмы «Карл Цейсс», обсуждается влияние наклонного падения в некоторых типах поляризаторов.
Haber Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 413 (1955).
«О неудобствах, связанных с применением окрашенных ветровых стекол автомобилей при ночном движении».
Н a i d i n g е г W., Ann. d. Phys., 63, 29 (1844).
. «Об -обнаружении поляризованного света и определении положения плоскости поляризации невооруженным глазом».
Haidinger W., Ann. d. Phys., 70, 531 (1847).
《О плеохроизме в аметисте». Открытие кругового дихроизма..
Hall J. S., Mikesell А. Н., Polarization of Light in the Galaxy as Determined from Observation of 551 Early-type Stars, Washington, 1950; U. S. Naval Observatory Publications, vol. 17, pt. 1.
Hall J. S., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 963 (1951).
«Некоторые поляризационные измерения в астрономии».
Н а 11 i m о п d- A. F., Manual of the Polarizing Microscope, York, n. cl.
H a 11 i m о n d A. F., Nature, 154, 369 (1944) ..
«Применение поляроида в микроскопе».
Hardy А. С., Journ. Opt. Soc. Amer.,. 25, 305 (1935).
«Новый записывающий спектрофотометр». Упоминается спектрополяриметр.
Hariharan Р., Journ. Sci. Instr., 3 7, 278 (I960).
«Точные измерения разности" фаз с помощью компенсатора Бабине». В приборе используется метод двойного прохождения.
Н а г г i с k N. J., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 376 (1959).'
«Отражение инфракрасного излучения от границы германий —ртуть».
Н а г г i с k N J., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 379 (1959).>
«Инфракрасный поляризатор». Используется граница германий ——ртуть. Диапазон от 2 до 200 мк.-
Н а г t зЪ о г п е N. Н., Stuart A., Crystals and the Polarizing Microscope, London, 1950.
Hartwig G., Schopper H., Bull. Am. Phys. Soc. [2], 4, 77 (1959).
«Круговая поляризация внутреннего тормозного излучения, возникающего при К-захвате в Аг37»..
Heller W., в книге: Weissberger A. (ed), Physical Methods in Organic Chemistry, 3d ed., vol. 1, New York, 1960, Ch. 33. (См. перевод 1-го издания: «Физические методы органической химии», под ред. А. Вайсбергера, ИЛ, 1955.)
Helmholtz Н., Handbuch(1ег physiologisclrcn Optik, Bd. 1—3, Leipzig, 1909—1911..
H e 1 w i c h О., Wi^senscliaftliclic Photographie, Darmstadt, 1958. 187. H e п г о i t E., Compt. rend., 198, 1146 (1934).
«Два опыта по исследованию циркулярно поляризованного света》.
Henry F. G., Technical Memorandum No. I'M-293, San Diego (June 1958).
«О методах улучшения видимости».
Herapath W. В., Phil. Mag., [4], 3, 161 (1852).
«Об оптических свойствах недавно открытой соли хинина, кристаллы которой обладают способностью поляризовать свет подобно турмалину, а при определенной ориентации деполяри- . зовать подобно селениту». Сообщается .об открытии кристалла герапатпта...
190.191.192.193.194.195.196.197.198.199.200.201.202.203.204.205.206.207,190.191.192.193.194.195.196.197.198.199.200.201.202.203.204.205.206.207,Н е г а р a t h W. В., Phil. Mag., 9, 366 (1855).
190.
191.
192.
193.
194.
195.
196.
197.
198.
199.
200.
201.
202.
203.
204.
205.
206.
207,
190.
191.
192.
193.
194.
195.
196.
197.
198.
199.
200.
201.
202.
203.
204.
205.
206.
207,
«Дальнейшее исследование свойств сульфата иод-хинина, или герапатита».
Н е t ё п у i М., Handbook of Experimental Stress Analysis, New York, 1950.
Hiltner W. A., Astrophys. Journ., 106, 231 (1947).
《О поляризации стационарного излучения «молодых» звезд».
Hiltner W. A., Science, 109, 165 (1949).
«Поляризация света далеких звезд межзвездной средой». Hiltner W. A., Astrophys. Journ., 109, 471 (1949).
«Обнаружение поляризации стационарного излучения звезд». Hiltner W. A., Phys. Rev, 78, 170 (1950).
«О поляризации излучения межзвездной средой».
Hiltner W. A., Astrophys. Journ., 114, 241 (1951).
«Поляризация звездного излучения. III. Поляризация 841 звезды».
Hiltner W. A., Astrophys. Journ., 125, 300 (1957).
«Поляризация излучения Крабовидной туманности». Поляризация объясняется с помощью синхротронного механизма. Hiltner W. А.» Astrophys. Journ., 130, 340 (1959).
«Фотоэлектрические поляризационные исследования вспышек звезды М87».
Н о 1 b о и г и А. Н. S., Nature, 137, 31 (1936).
«Момент количества движения циркулярно поляризованного света».
Howard F. J., Hood J. М., Ballard S. S., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 904 (1955).
«Градуировка фотометрических инструментов с помощью трех поляризаторов».
Hsu Н., Richartz М., Liang Y., Journ. Opt. Soc. Amer., 37, 99 (1947).
«Обобщенная формула интенсивности для системы фазовых
пластинок».
Hughes R. Н., Rev. Sci. Instr., 31, 1156 (I960).
«Усовершенствованная призма Волластона для спектральных поляризационных исследований». В качестве псевдодеполяризаторов используются тонкие кварцевые клинья.
Н u 1 b и г t Е. О., Journ. Opt. Soc. Amer., 24, 35 (1934).
«Поляризация света на море».
Н u 1 b u г I Е. О., Journ. Opt. Soc. Amer., 26, 216 (1936).
«Секстант с усовершенствованными фильтрами».
Hull G. F., Jr., приложение к книге [415].
«Опыты в микроволновом диапазоне и их оптические аналоги».
Hurlbut С. S., Jr., Rosenfeld J. L., Am. Mineralogist, 37, 158 (1952).
«Монохроматор, основанный на вращательной способности кварца».
Hurwitz Н” Jr., Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer” 31e 493 (1941).
«Новый метод расчета оптических систем. II. Доказательство трех общих теорем эквивалентности».
Hurwitz Н., Jr., Journ. Opt. Soc. Amer., 35, 525 (1945).
«Статистические свойства неполяризованного света».
Huyghens С., Traite de la lumiere, Leyden, 1690. (См. перевод: Г ю й г e н с X., Трактат о свете, М., 1935.)
Сообщается об открытии поляризованного света.
Hyde W. L., Journ. Opt. Soc. Amer., 38, 663 (1948).
«Способы поляризации в инфракрасной области».
Hyde W. L., Tubbs Е. F., Koester С. J., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 513 (1959).
«Автоматический фотоэлектрический поляриметр».
Ingersoll L. R., Liebenberg D. H., Journ. Opt. Soc.
Amer., 44, 566 (1954).
«Эффект Фарадея в газах и парах. I》.
Ingersoll L. R., Liebenberg D. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 538 (1956).
«Эффект Фарадея в газах и парах. II».
Ingersoll L. R., Liebenberg D. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 48, 339 (1958).
«Эффект Фарадея в газах и парах. Ш».
Inoue S., Chromosoma, 5, 487 (1953).
«Поляризационно-оптическое исследование митоза клеток». Описан усовершенствованный поляризационный микроскоп.
Inoue S., Hyde W. L., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 372 (1956)'.
«Приспособление для получения эффективного погашения при больших апертурах в поляризационных микроскопах».
Inoue S., Hyde W. L., Journ. Biophys. Biochem. Cytol., 3, 831 (1957).
«Исследование деполяризации света на поверхностях линз в микроскопе. II. Одновременное получение высокой разрешающей способности и высокой чувствительности в поляризационном микроскопе».
Inoue S., Koester С. J., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 556 (1959).
«Оптимальный полутеневой угол в поляризационных приборах».
I п s 1 е у Н., Frechette V. D., Microscopy of Ceramics and Cements, New York, 1955.
I v a n о f f A., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 362 (1956).
«Степень поляризации подводного освещения».
Jaffe L., Science, 123, 1081 (1956).
«Действие поляризованного света на водоросль Fucusa.
Jaffe L. F., Exp. Cell Research, 15, 282 (1958).
«Тропизм зигот Fucaceae по отношению к поляризованному свету》.
J a m п i k D., Axel P., Phys. Rev., 117, 194 (I960).
«Плоская поляризация тормозного излучения (15,1 Мэв) электронов с энергией 25 Мэв». Обнаруженная степень поляризации равна 21 %.
16 Зак. 1237
J a n d е г R., Waterman T. H., Journ. Cellular Comp Physiol., 56, 137 (I960).
«Способность Arhtropoda различать поляризацию и интен сивность света»
Janeschitz-Kriegl Н., Rev. Sci. Instr., 31, 119 (I960).
«Новый прибор для измерения двойного преломления в потоке». Используется призма Глана — Томсона.
J а и с h J. М., R о h г 1 i с h F., Theory of Photons and Electrons, Reading, 1955.
Содержит квантовомеханическое рассмотрение поляризованного света и параметров Стокса.
Jehu V. J., Intern. Road Safety Traffic Rev., 4, 26 (1956).
«Оценка автомобильных фар с поляризаторами». Описываются немецкие и американские системы. Предлагается применять смешанные (поляризованные и неполяризованные) пучки.
J е 11 е у J. V., Cerenkov Radiation and its Applications, London, 1958. (См. перевод: Джелли Д ж., Черенковское излучение и его применения, ИЛ, I960.)
Jenkins F. A., W h i te Н. Е., Fundamentals of Optics, New York, 1950.
Jensen С., в книге: Handbuch der Physik, Bd. 19, Berlin, 1928.
«Излучение неба».
J er г а г d IL G., Journ. Opt. Soc. Amer., 38, 35 (1948).
«Оптические компенсаторы для измерения эллиптической поляризации».
J е г г а г d Н. G., Journ. Sci. Instr., 28, 10 (1951).
«Использование полутеневой пластинки с компенсаторами однородного поля».
J е г г а г d Н. G., Journ. Opt. Soc. Amer., 42, 159 (1952).
«Калибровка пластинок в четверть волны».
J е г г а г d Н. G„ Journ. Opt. Soc. Amer., 44, 634 (1954).
«Прохождение света сквозь двупреломляющие и оптически активные среды. Сфера Пуанкаре».
Jessop Н. Т., Harris F. С., Photoelasticity Principles and Methods, New York, 1950.
Jessop H. T., Brit. Journ. Appl. Phys., 4, 138 (1953).
«О методах Tap ди и Сенармона измерения относительного сдвигу фаз».
Jessop Н. Т., в книге Handbuch der Physik, Bd. 6, Berlin, 1958.
«Фотоупругость».
Johansen A., Manual of Petrographic Methods, New York, 1918.•
Содержится описание многих типов двупреломляющих поляризаторов.
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 31, 488 (1941).
«Новый меток расчета оптических систем. 1. Описание и обсуждение методам. См. также работу [207].•
Jones R. C., Journ. Opt. Soc. Amer., 31, 500 (1941).
«Новый метод расчета оптических систем. III. Теория оптической активности Сонка».
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 32, 486 (1942).
«Новый метод расчета оптических систем. IV».
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 35, 803 (1945).
«Теория пленочных поляроидов». Рассматривается отношение плотностей, степень параллелизма дихроичных иглообразных кристаллов.
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 37, 107 (1947).
«Новый метод расчета оптических систем. V. Более общая формулировка и описание других методов расчета».
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 37, 110 (1947).
«Новый метод расчета оптических систем. VI. Экспериментальное определение матриц».
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 38, 671 (1948).
«Новый метод расчета оптических систем. VIII. Свойства /V-матриц».
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 39, 1058 (1949).
«О возможности создания поляризатора из исландского шпата, пропускающего более половины падающего неполяризо- ванного света».
J о n е s R. С., W е s t С. D., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 982 (1951).
《О свойствах поляризующих элементов, используемых в оптических приборах. II. Синусоидальные модуляторы>.
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 43, 138 (1953),
«Об обратимости и необратимости в оптике».
Jones R. С., S h и г с 1 i f f W. A., Journ. Soc. Motion Picture Telev. Eng., 62, 134 (1954).
«Прибор для измерения и коррекции синхронизации стереоскопических проекций».
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 528 (1956).
«Пропускание совокупности трех поляризаторов».
Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 126 (1956).
«Новый метод расчета оптических систем. VIII. Электромагнитная теория». Используются АГ-матрицы.
Jones R. V., Richards J. С. S., Proc. Roy. Soc., A225, 122 (1954).
«Поляризация света, прошедшего сквозь узкие щели».
Kalmus Н„ Nature, 173, 657 (1954).
«Ориентация животных по Солнцу».
Kalmus Н., Sci. Am. (Oct. 1954), р. 74.
«Ориентация животных по Солнцу».
Kasemann Е., Optik, 3, 521 (1948).
«Дихроизм комплексов красителей с целлюлозой и их применение в качестве поляризационных фильтров».
Kaufman I., Proc. IRE, 47, 381(1959).
«Полоса между микроволновой и инфракрасной областями».
Kaye W., Spectrochim. Acta, 7, 181 (1955).
«Спектроскопия близкой инфракрасной области. II. Приборы и методы».
К е 11 у R. L., Bull. Am. Phys. Soc. [2], 2, 387 (1957).
«Сдвиг пика фотопроводимости CdS при изменении поляризации». Краткий обзор.
Kennedy D., Baylor Е. R., Nature, 191, 34 (1961).
«Анализ поляризованного света пчелиным глазом». Высказывается сомнение в правильности гипотезы Аутрума о том, что анализ света происходит непосредственно в рецепторах.
К е г к е г М„ Journ. Colloid Sci., 5, 165 (1950); Journ. Opt. Soc. Amer., 43, 370 (1953).
«Применение белого света для определения радиусов частиц по поляризационному отношению рассеянного света».
Kerr J., Phil. Mag. [4], 50, 337 (1875).
«Новое соотношение между электричеством и светом: двойное преломление диэлектрических- веществ».
К е u s s 1 е г V., Manogg Р., Optik, 17, 602 (I960).
«Об излучении поляризованного света раскаленными металлическими поверхностями и пространственном распределении его интенсивности».
К1 у n е W., Parker А. С., в книге A. Weissberger (ed.), Physical Methods in Organic Chemistry, 3d ed., vol. 1, New York, 1960, Ch. 34. (См. перевод 1-го издания: «Физические методы органической химии», под ред. А. Вайсбергера, ИЛ, 1955.)
«Дисперсия оптического вращения».
Koester С. J., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 405 (1959). «Ахроматические комбинации пластинок в полволны».
Koester С. J., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 560 (1959).
«Полутеневая визуальная насадка к интерференционному микроскопу Бекера».
Koester С. J., Oster berg Н., Willman Н. Е., Journ. Opt. Soc. Amer., 50, 477 (I960).
«Измерения пропускания с помощью интерференционного микроскопа». Описано применение поляризаторов и пластинок, сдвигающих фазу, в интерференционных микроскопах.
К о п d о Т., Zs. wiss Phot., 31, 153 (1932).
«Фотоанизотропные эффекты в красителях». Эффект Вей- герта обнаружен у 450 красителей из 1700.
Kraft С. L., Wright Air Development Center Tech. Rept. 56—71; Armed Services Technical Information Agency document No. AD 118090 (1956).
«Широкополосное синее освещение для радарных систем: оценки и усовершенствования, основанные на трехлетием опыте эксплуатации».
Kremers Н. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 37, 337 (1947). сОптические свойства хлорида серебра».
К г i е b е 1 R. Г, Complete Photographer, 9, 3308 (1943). «Стереоскопическая фотография».
К г im m S., Liang C. Y., Sutherland G. В. В. M., Journ. Polymer Sci., 22, 227 (1956).
«Инфракрасные спектры высокополимерных веществ. V. Поливиниловый спирт». Подробное описание структуры поливинилового спирта, полученной с помощью поляризованных инфракрасных спектров и дифракции рентгеновских лучей.
Kubota Н., Shimizu К・，Journ. Opt. Soc. Amer., 47, 1121 (1957).
«Эксперименты по цветовой чувствительности». Предложен способ получения большей цветовой чувствительности, чем обычно достигается с помощью пластинки в длину волны, помещенной между скрещенными поляризаторами. Использовалась пластинка в полволны между параллельными поляризаторами.
Kuhn R., Journ Chem. Soc., 1, 605 (1938).
«Синтез полиенов».
Kuscer I„ Ribaric M, Optica Acta, 6, 42 (1959).
«Матричные методы в теории рассеяния света».
Lagemann R. Т., Miller Т. G., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 1063 (1951).
«Бромид-иодид таллия (KRS-5) как инфракрасный поляризатор».
Laine Р., Conipt, rend., 192, 1215 (1931).
«Об ошибках, возникающих при анализе слабой эллиптической поляризации вследствие неточности пластинок в полволны, и об эталонировании пластинок в полволны и в четверть волны».
L a m b е J., Compton W. D., Phys. Rev., 106, 684 (1957).
«Люминесценция и свойства симметрии центров окраски». Обсуждается дихроизм КВг.
Land Е. Н., Journ. Franklin Inst., 224, 269 (1937).
«Поляроиды и проблема автомобильных фар>.
Land Е. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 30, 230 (1940).
«Вектографические системы: изображения с различными векторными характеристиками н получение стереоскопического изображения с их помощью».
Land Е. Н., University of Michigan Official Publication, 42, No. 42 (1940).
«Поляризованный свет и транспорт».
Land Е. Н., West С. D., в книге： J. Alexander (ed.) «Colloid Chemistry», vol. 6, New York, 1946, Ch. 6.
«Дихроизм и дихроичные поляризаторы».
Land Е. Н., Highway Research Board Bulletin No. 11, Division of Engineering and Industrial Research, National Research Council, Washington, 1948.
«Системы поляроидов для фар».
Land Е. Н., Traffic Quarterly (Oct. 1948)
«Поляризация света фар как средстве обеспечения безопасности ночной езды».
Land Е. Н., Chubb L. W., Traffic Eng. Mag. (Apr., July, 1950).
«Поляризованный свет автомобильных фар».
Land Е. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 957 (1951).
«Некоторые направления усовершенствования пленочных поляроидов?».
Langsdorf Л., J г., D и В г i d g е L. A., Journ. Opt. Soc. Amer., 24, 1 (1934).
«Оптическое вращение неполяризованного света».
Laurence J., Journ. Opt. Soc. Amer., 31, 9 (1941).
«Характеристики отражения в поляризованном свете».
Lawrence A. S. С., в книге: «Thorpe's Dictionary of Applied Chemistry», vol. 7, New York, 1946, p. 350.
Обсуждение мезофазных (смектических и нематических^ состояний.
L е Fevre С. G., L е Fevre R. J. W., в книге: A. Weiss- b е г g е г (ed.), Physical Methods in Organic Chemistry, 3d ed., vol. I, New York, 1960, Ch. 36. (См. перевод 1-го издания: «Физические методы органической химии», под ред. А. Вайс- б е р г е р а, ИЛ, 1955.))
«Эффект Керра».
Lenoble J., Journ. phys. rad., 18, 47S (1957).
«Состояние поляризации света, рассеянного в естественных средах (море и атмосфера)». Используются вектор Стокса и матрицы, описывающие рассеивающую среду.
L е Roux Р., Compt. rend., 196, 394 (1933).
«Изучение плеохроизма исландского шпата в инфракрасной области спектра».
Lester Н. М., Richards О. W., Photo. Eng., 5, 149 (1954).
«Стереоскопическая микрофотография с помощью камеры с фиксированным расстоянием между окулярами». Обсуждается не только стереоскопическое фотографирование, но и использование двухокулярного микроскопа с одним объективом для получения стереоскопического изображения.
Leven М. М., Proc. Soc. Exp. Stress Anal., 12, 157 (1955). «Количественный трехмерный фотоупругий анализ».
Linhart J. G., Research, 8, 402 (1955).
«Излучение Черенкова».
Lodge A. S., Trans. Farad. Soc., 52, 120 (1956).
«Схематическая теория двупреломления в потоке и натяжений в концентрированных растворах полимеров».
L о f е г s k i J. J., Phys. Rev., 87, 905 (1952).
«Поляризация света в монокристаллах теллура».
L о с q u i п М., Bull, microscop, appl., 6, 33 (1956).
Рассматривается анизотропное преломление света в биологических объектах.
L о s t i s М Р., Journ. phys. rad., 18, 51S (1957).
«Исследование и изготовление пластинок в полволны на основе тонких пленок». Ахроматическая фазовая пластинка,
Lowry Т. М., Optical Rotatory Power, London, 1935.
Lyot B. F., Compt. rend, 197, 1593 (1933).
«Монохроматор, основанный на интерференции поляризованного света».
Lyot ,В. F., Ann. astrophys., 7, 31 (1944).
«Поляризационный монохроматический фильтр и его применение при исследованиях Солнца».
McDermott М. N., Novick R., Journ. Opt. Soc. Amer., 51, 1008 (1961).
«Поляризаторы и фазовые пластинки с большой апертурой ' для далекой ультрафиолетовой области». Рассматриваются дихроичные поляризаторы, применимые в спектральной области от 215 до 400 ммк, а также фазовые пластинки из поливинилового спирта и слюды.
McMaster W. Н., Am. Journ. Phys., 22, 351 (1954). «Поляризация и параметры Стокса».
McMaster W. Н., Rev. Mod. Phys., 33, 8 (1961). «Матричное представление поляризации».
McMaster W. Н., Hereford F. L., Phys. Rev., 95, 723 (1954).
«Угловое распределение фотоэлектронов, порождаемых по* ляризованными фотонами с энергией 0,4——0,8 Мэе».
McMaster W. Н, Rev. Mod. Phys., 33, 8 (1961).,
«Матричное представление поляризации».
McNally J. G., Sheppard S. Е., Journ. Phys. Chem., 34, 165 (1930).
«Двойное преломление пленок ацетата и нитрата целлюлозы». Описан усовершенствованный полярископ. Указано, что, например, ацетат целлюлозы может быть изотропным, одноосным или двуосным в зависимости от способа высушивания, 308. М a d е n Н. G., Nature, 31, 371 (1884—1885).
«Модификация призм Фуко и Аренса». Описываются поляризационные призмы, почти свободные от дисперсии и отклонения луча.
Makas A. S., S h и г с 1 i f f W. A., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 998 (1955).
«Новое устройство поляризатора из хлорида серебра для инфракрасной области».
Malcolm В. R., Elliott A., Journ. Sci. Instr., 34, 48 (1957).
«Чувствительный фотоэлектрический поляриметр». Указывается, что точность составляет 0,001°.
М а 11 е rn а п R., в книге: Tables de constantes et donnees numeriques, Paris, 1951.
Указываются некоторые константы магнитного вращения. 312. М а 1 u s Е., Mem. soc. Arcueil, 1, 113 (1808).
Сообщается об открытии закона Малюса (закона квадрата косинуса).
Manchester Н., в книге: New World of Machines, New York, 1945.
Популярное описание поляризаторов и их применений.
М а г i о t М. L., Journ. phys. rad., 21, 80S (I960).
«Поляризация света в общей теории относительности».
Marks А. М., Ilium. Eng., 54, 123 (1959).
«Многослойные поляризаторы и их применения для поляризованного освещения».
Meecham W. С., Peters С. W., Journ. Appl. Phys., 28, 216 (1957).
«Отражение плоскополяризованного электромагнитного излучения от дифракционной решетки типа эшелетта».
Meier R., G u п t h а г d Н. Н„ Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 1122 (1959).
«Германиевые поляризаторы для инфракрасной области».
Mesnager М., Compt. rend., 190, 1249 (1930).
«Оптический метод определения внутренних напряжений в трехмерных твердых телах».
Mielenz К. D., Jones R. С., Optik, 15, 656 (1958).
«Применение поляризационных фильтров для фотометрических измерений».
М i п d 1 i п R. D., Rev. Sci. Instr, 5, 224 (1934).
«Отражательный полярископ для фотоупругого анализам.
Mitchell S., Veitch J., Nature, 168, 662 (1951).
«Измерение вращательной дисперсии с помощью спектрофотометра». Описывается спектрополяриметр.
Mitchell S., Journ. Sci. Instr., 34, 89 (1957).
«Приспособления для измерения циркулярного дихроизма . и вращательной дисперсии на спектрофотометре». Перекрываемая область спектра 3000—10000 А.
Mitsuishi A., Yamada Y., Fujita S., Yoshinaga H., Journ. Opt. Soc. Amer., 50, 433 (I960).
«Поляризатор для далекой инфракрасной области». Устройство состоит из 15 слоев тонкой полиэтиленовой пленки и удовлетворительно работает в области от 3 до 200 мк.
Mooney F., Journ. Opt. Soc. Amer., 42, 181 (1952).
«Модификация ромба Френеля».
М о t z Н., Thon W., Whitehurst R. N., Journ. Appl. Phys., 24, 826 (1953).
«Экспериментальное исследование излучения быстрых электронных пучков». Описан генератор Мотца.
Mueller Н., Report No. 2 of the OSRD project OEMsr-576, (1943).
«Поляризационная оптика фотоупругих затворов».
Mueller Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 38, 661 (1948).
«Основы оптики». Описаны параметры Стокса и матрицы.
М u г а 11 А., Е d s а 11 J. Т., Journ. Biol. Chem., 89, 315, 351 (1930).
«Физико-химическое изучение мышечного глобулина. III. Анизотропия миозина и изоклинный угол. IV. Анизотропия миозина и двойное преломление в потоке».
М u s s е 11 E. A., Journ. Opt. Soc. Amer., 46, 369 (1956).
«Об определении показателя преломления с помощью измерения угла Брюстера».
Nathan А. М., Journ. Opt. Soc. Amer., 48, 285 (1958).
«Применение поляризации для улучшения видимости в ту- мане》.С помощью линейных или циркулярных поляризаторов можно добиться улучшения в 5——15 раз.
Newman R., Halford R. S., Rev. Sci. Instr., 19, 270 ' (1948).
«Эффективный удобный поляризатор для инфракрасного излучения».
Ney Е. Р., Н u с h W. F., Maas R. W., Thorness R. B., Astrophys. Journ., 132, 812 (I960).
«Поляриметр для наблюдения затмений». Используется вращающийся диск с большим числом окошек, закрытых поляроидами HN-32 и HR с различными азимутами.
Nicholson W. Q., Ross I., Electronics, 28, 171 (June 1955).
«Затвор Керра с субмикросекундной скоростью».
Nicol W, Edinburgh New Phil. Journ, 6, 83 (1828, 1829, 1833).
«О методе настолько большого увеличения расходимости двух лучей в исландском шпате, что можно видеть только одно изображение».
Niki tine S„ Compt. rend., 207, 331 (1938).
«Обобщение теории фотодихроизма».
Nikitine S., Compt. rend., 208, 805 (1939).
«Об анизотропии поглощения излучения различных длин волн молекулами некоторых фоточувствительных красителей».
О h m a n Y., Nature, 141, 291 (1938).
«Новый монохроматор».
Optical Society of America, The Science of Color, New York,、 1953.
Ore A., Phys. Rev., 98, 887 (1955).
«Энтропия излучения». Приводится вывод уравнения для энтропии излучения по Планку.
Осипов-Кннг В. А., ДАН СССР, 4, № 2, 55 (1936).
«Новая конструкция поляризующей призмы》.
Oster G., Р о 11 i s t е г A. W., Physical Techniques in Biological Research, New York, 1955.
Pancharatnam S., Proc. Ind. Acad. Sci., A41, 130 (1955).
«Ахроматические комбинации двупреломляющих пластинок. I. Ахроматический циркулярный поляризатор».
Pancharatnam S., Proc. Ind. Acad. Sci., A41, 137 (1955).
«Ахроматические комбинации двупреломляющих пластинок.
Ахроматическая пластинка в четверть волны».
Pancharatnam S., Proc. Ind. Acad. Sci., 42, 235 (1955)
«Распространение света в поглощающих двуосных кристаллах. II. Эксперимент».
Pancharatnam S., Proc. Ind. Acad. Sci., 44, 398 (1956).
«Общая теория интереференции и ее применение. 2. Частично когерентные пучки».
Pancharatnam S., Proc. Ind. Acad. Sci., 46, 280 (1957).
«Распространение света в поглощающих кристаллах, обладающих оптической активностью». Обсуждается неортогональ- ность собственных векторов поглощающих тел, сдвигающих фазу.
Parke N. G., Ph. D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 1948.
«Матричная оптика».
Parke N. G., Technical Report No. 70, Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology (June 1948).
«Матричная алгебра электромагнитных волн». Обсуждаются расчеты Джонса и Мюллера и алгебра Винера.
Parke N. G., Technical Report No. 95, Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology (January 1949).
«Статистическая оптика. I. Излучение». Описывается способ перехода от расчета Джонса к расчету Мюллера.
Parke N. G., Technical Report No. 119, Research Laboratory of Electronics, Massachusetts Institute of Technology (June 1949).
«Статистическая оптика. II. Феноменологическая алгебра Мюллера». Описываются расчетные методы Джонса и Мюллера и устанавливается связь между ними.
Partington J. R., в книге Ап Advanced Treatise on Physical Chemistry, vol. 4, New York, 1953.
«Физико-химическая оптика》. Подробно обсуждается двойное преломление, оптическая активность, дихроизм.
Perrin F., Ann. de phys., 12, 169 (1929).
«Флуоресценция растворов». Описан метод расчета времени затухания флуоресценции на основе данных о деполяризации флуоресценции, вязкости и т. д. при полностью линейно поляризованном возбуждении.
Perrin F., Journ. Chem. Phys., 10, 415 (1942).
«Поляризация света, рассеянного изотропной опалесцирующей средой». Обсуждается вектор Стокса и новый метод расчета.
Perry С. С., Product Eng., 26, 154 (1955).
«Визуальный анализ потоков». Приводятся фотографии струй, доказывающие наличие двойного преломления света в потоке через систему сопел. Используются растворы синтетических красителей.
Р е t е г 1 i п A., Stuart Н. A., Doppelbrechung insbesonders kunstliche Doppelbrechung, Leipzig, 1943.
Обсуждается двупреломление, создаваемое потоком, электрическим полем, магнитным полем и т. д.
Р f u n d А. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 37, 558 (1947).
^Усовершенствованный инфракрасный поляризатор».
Piddington J. H., Proc. IRE., 46, 349 (1958).
«Космическая электродинамика». Обсуждается поляризация видимого излучения Крабовидной туманности.
Planck М., Theorie der Warmestrahlung, Leipzig, 1906. (См. перевод: Планк М., Теория теплового излучения, Л.—М., 1935)
Planck М., Theory of Heat Radiation, Philadelphia, 1914.
Pockels F., Lehrbuch der Kristalloptik, Leipzig, 1906.
Poincare H., Theorie mathematique de la lumiere, Paris, 1892.
Pollak L. W., Wilhelm H., Zeiss Nachr., 307 (Jan. 1939).
«О применении поляроидов в метеорологической оптике».
Porter С. S., Spencer Е. G., L е С г a w R. С., Journ. Appl. Phys., 29, 495 (1958).
«Прозрачный ферромагнитный модулятор света с использованием иттриевого граната».
Preston Т„ The Theory of Light, London, 1928.
Пришивалко А. П., Оптика и спектроскопия, 9, 493 (I960). «Определение оптических постоянных поглощающих веществ из измерения параметров Стокса отраженного света».
Pritchard В. S., Blackwell Н. R., University of Michigan Engineering Research Institute, Report 2557-2-F (July 1957).
«Предварительное изучение видимости на шоссе при тумане».
Provostaye F., D е s a i п s Р., Ann. chim. et phys., 30, 158 (1850).
«Поляризация тепловых волн при преломлении».
Ramachandran G. N., Ramaseshan S., Journ. Opt. Soc. Amer., 42, 49 (1952).
«Магнитооптическое вращение в двупреломляющих средах. Применение сферы Пуанкаре».
Ramachandran G. N., Ramaseshan S., в книге Handbuch der Physik, Bd. 25/1, Berlin, 1961.
Описывается, в частности, сфера Пуанкаре и метод расчета Донса
Randall D. D., Journ. Opt. Soc. Amer., 44, 600 (1954).
«Новый фотоэлектрический метод для градуировки фазовых пластинок».
R а V i Н о u s С. F., Farrar R. Т., L i е b s о n S. Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 44, 238 (1954).
«Измерение длительности затухания флуоресценции органических веществ». Длительность выражается через деполяризацию флуоресценции при полностью линейно поляризованном возбуждении.
Rich A., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 393 (1955).
«Применение компенсатора Сенармона для измерения двойного преломления в потоке».
Richards О. W., Pamphlet; American Optical Со., 1958T «Интерференционный микроскоп Бекера, модель 7》.
Richartz М., Hsu Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 39, 136 (1949). «Анализ эллиптической поляризации».
Richartz M., Journ. Opt. Soc. Amer., 50, 302 (I960).
«Об измерении поляризации излучения неба》. Сравниваются визуальные методы.
Rinne F., В е г е k М., Anleitung zu optischen Untersuchungen mit dem Polarisationsmikroskop, 2. Aufl., Stuttgart, 1953. (Cm. перевод 1-го издания: Ринне Ф., Б е р е к М., Оптические исследования при помощи поляризационного микроскопа, М., 1937.)
Roberts S., Phys. Rev., 100, 1667 (1955).
«Интерпретация оптических свойств металлических поверхностей».
Roper V., Scott К. D., Ilium. Eng., 36, 1205 (1941). «Видимость при поляризованном свете фар».
Rosen Р., Phys. Rev., 96, 555 (1954).
«Энтропия излучения».
Rossi В., Optics, Reading, 1957.
R о t h е n A., Hanson M., Rev. Sci. Instr., 20, 66 (1949). «Оптические свойства поверхностных пленок. II».
R о t h е n A., Rev. Sci. Instr., 28, 283 (1957).
«Усовершенствованный метод измерения толщины тонких пленок с помощью фотоэлектрического эллипсометра».
Rudolph Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 50 (1955).
«Фотоэлектрический поляриметр». Подробно рассматривается вопрос о точности. Имеется обширная библиография.
Schawlow A. L., Townes С. Н., Phys. Rev., 112, 1940 (1958).
«Квантовые генераторы инфракрасного и видимого диапазона». Рассматривается получение поляризованного света с помощью лазеров.
Scheraga Н., Signer R., в книге: A. Weissberger (ed.), Physical Methods in Organic Chemistry, 3d ed., vol. 1, New York, 1960, ch. 35. (См. перевод 1-го издания: «Физические методы органической химии», под ред. А. В е й с б е р- гера, ИЛ, 1955.)
«Двупреломление в потоке》.
Scherer Н., Zs. Naturforsch., 6а, 440 (1951).
«Дихроично окрашенные поляризаторы».
Schick L. Н., Miller S. С., Bull. Am. Phys. Soc. [2], 2, 312 (1957).
«Комптоновское эффективное сечение при циркулярной поляризации фотона и произвольной ориентации спина электрона». 388. Schmidt W. J., в книге: Handbuch der biologischen Arbeits- methoden, Abt. 5, TL 10, Heft 3, 1934, S. 435.
«Поляризационно-оптический анализ субмикроскопического строения клеток и тканей».
S с h б п е Н., S с h б п е Н., Science, 134, 675 (1961).
«Движение глазного стебелька под действием поляризован* ного света у Ocypode quadrat。》、
S с h u b е г t F., Ann. d. Phys., 29, 473 (1937).
«Оптические свойства раскаленных металлов》.
S е к е г a Z., в книге: Handbuch der Physik, Bd. 48, Berlin, 1957. «Поляризация излучения неба».
S е к е г a Z., Journ. Opt. Soc. Amer., 47, 484 (1957).
«Рассеяние света в атмосфере и поляризация излучения неба».
Шкловский И. С., Космические радиоволны, М., 1956. Обсуждается поляризация излучения Крабовидной туманности.
S h и г с 1 i f f W. A., Journ. Soc. Motion Picture Telev. Eng., 62, 125 (1954).
«Экраны для стереоскопических изображений и их влияние на поляризацию».
S h и г с 1 i f f W. А., в книге： Encyclopedia Americana, New York, 1956.
«Поляризованный свет》.
S h u г с 1 i f f W. A„ Journ. Opt Soc. Amer., 45, 399 (1955).
«Фигура Хайдингера и циркулярно поляризованный свет».
S h и г с 1 i f f W. A., Electronics Design, 4 (Apr. 1956).
«Циркулярный поляризатор для улучшения видимости».
S h и г с 1 i f f W. А., в книге: American Institute of Physics Handbook, New York, 1957.
«Поляризационные фильтры».
Simpson J. A., Babcock H. W., Babcock H. D., Phys. Rev., 98, 1402 (1955).
«Связь униполярных магнитных областей на Солнце с изменением интенсивности первичных космических лучей».
Skinner С. A., Journ. Opt. Soc. Amer., 10, 491 (1925). «Универсальный поляриметр».
Sloan L. L., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 402 (1955).
«Явление Хайдингера».
S m а г 11 R. N„ Steel W. H., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 710 (1959).
«Двупреломление кварца и исландского шпата».
Smith F. Н, Research, 8, 385 (1955).
«Микроскопическая интерферометрия».
Smith S. J, Purcell E. M, Phys. Rev., 92, 1069 (1953). «Излучение видимого света локализованным поверхностным зарядом, движущимся поперек решетки».
Sole I., Czechoslov. Journ. Phys., 5, 80 (1955).
«Дальнейшее исследование двупреломляющих фильтров». Описан узкополосный фильтр, состоящий из большого числа линейных фазовых пластинок.
406 Sole I., Czechoslov. Journ. Phys., 9, 237 (1959).
«Составные двупреломляющие фильтры». Описан фильтр из 14 пластинок с полосой пропускания в 2 А.
S о 1 е i 1 1 е t Р., Ann. de phys., 12, 23 (1929).
«О параметрах, характеризующих частичную поляризацию света флуоресценции». Описаны параметры Стокса и матрицы.
Spence J., Journ. Phys. Chem., 43, 865 (1939).
«Оптическая анизотропия и структура целлюлозных пленок».
Stamm R. W., Am. Journ. Roentgenol. Radium Therapy, 45, 744 (1941).
«Поляроидный стереоскоп». Описывается способ получения стереоскопического изображения при наличии двух рентгенограмм.
Steel W. Н., S m а г 11 R. N., G i о v a n e 11 i R. G., Austr. Journ. Phys., 14, 201 (1961).
«Двупреломляющий фильтр с полосой пропускания 1/8 А для исследования Солнца».
Stein R. S., Journ. Appl. Phys., 32, 1280 (1961).
«Оптические свойства ориентированного полистирола». Описаны методы расчета двупреломления и инфракрасного дихроизма.
Stokes G. G., Mathematical and Physical Papers, vol. 2, Cambridge, 1883, p. 362.
«О фигурах Хайдингера».
Stokes G. G, Trans. Cambridge Phil. Soc., 9, 399 (1852); см. также Mathematical and Physical Papers, vol. 3, Cambridge, 1901, p. 233.
«О сложении и разделении потоков поляризованного света от разных источников».
Stokes G. G., Proc. Roy. Soc., 11, 545 (1862); см. также Mathematical and Physical Papers, vol. 4, Cambridge, 1904, p. 145.
《06 интенсивности света, отраженного от стопы пластинок или прошедшего сквозь нее».
Strong J., Concepts of Classical Optics, San Francisco, 1958.
Имеются приложения, посвященные микроволновому диапазону и пластинкам Савара.
S u 11 а п о f f М., Phot. Eng., 5, 80 (1954).
«Затвор Керра с временем релаксации 0,1 мксек».
Swann М. М., Mitch is on J. M., Journ. Exp. Biol., 27, 226 (1950).
«Усовершенствования в поляризационной микроскопии».
Tadokoro И., Seki S., Nitta I., Journ. Chem. Phys., 23, 1351 (1955).
«Инфракрасные спектры поглощения дейтерированных пленок поливинилового спирта».
Takasaki Н., Journ. Opt. Soc. Amer., 51, 462 (1961).
«Фотоэлектрические измерения поляризованного света с помощью поляризационного модулятора на кристалле дигидрофосфата аммония. I. Фотоэлектрический поляриметр». В устройстве используется компенсатор Сенармона, в который введен кристалл дигидрофосфата аммония, возбуждаемый переменным током.
Theophanis G. A., Journ. Soc. Motion Picture Telev. Eng 70, 522 (1961).
«Затвор Керра с синхронизованным источником света дл>. миллимикросекундной фотографии в отраженном свете». Используются три поля「оатора и генератор прямоугольных импульсов напряжением 60 000 6 для получения времени экспозиции 0,05 мксек.
421 Thiessen G., Optik, 2, 266 (1947).
«Поляризация света при прохождении сквозь щели в металле».
Thompson S. Р., в книге: «Proceedings of the Optical Convention of 1905», London, 1905, p. 216.
«О призме Николя и ее современных модификациях».
Thorpe W. Н., Nature, 164, 11 (1949).
«Ориентация и способы общения пчел и их чувствительность к поляризации света».
Т i п k h a m М., Strandberg М. W. Р., Proc. IRE, 43, 734 (1955).
«Возбуждение циркулярной поляризации волн микроволнового диапазона».
Townes С. Н., в книге: М. Н. Shamos, G. М. Murphy (ed.), Recent Advances in Science, New York, 1956.
«Микроволновая спектроскопия».
Trentini G. V., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 883 (1955).
«Максимальное пропускание электромагнитных волн парой проволочных решеток».
Tsurumi L, Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 1021 (1955).
«Оптический метод определения малого сдвига фазы белого света».
Tuckerman L. В., Journ. Opt. Soc. Amer., 37, 818 (1947).
«Об интенсивности света, отраженного от стопы пластинок или прошедшего сквозь нее».
Т u 11 о п А. Е. Н., Crystallography and Practical Crystal Measurement, London, 1911.
Один из разделов посвящен двупреломляющим поляризаторам.
Twyman F., Optical Glassworking, London, 1955.
В приложении описывается изготовление поляризационных призм.
Van d е Н u 1 s t Н. С., Light Scattering by Small Particles, New York, 1957. (См. перевод: X ю л ь с т В., Рассеяние света малыми частицами, М., 1961.)
В гл. 5 описаны параметры Стокса и матрицы Перрена, Мюллера и Джонса.
Van Doorn С. Z., Haven Y., Phys. Rev., 100, 753 (1955). «Дихроизм F- и Af-полос поглощения в КСЬ.
Van Heel A. C. S., приложение к книге [415].
«Интерферометрия с помощью пластинки Савара»,
Vickers А. Е. J., Research, 9, 67 (1956).
«Поляризационный микроскоп в органической химии и биологии».
W a h 1 s t г о m Е. Е., Optical Crystallography, New York, 1951.
Walker J., The Analytical Theory of Light, Cambridge, 1904. Рассмотрено много типов компенсаторов.
Walker М. J., Am. Journ. Phys., 22, 170 (1954).
«Матричные расчеты и стоксовы параметры поляризованного излучения».
Waring С. Е., Custer R. L., в книге: A. W е i s s b е г- g е г (ed.), Physical Methods in Organic Chemistry, 3d. ed., vol. 1, New York, 1960, Ch. 37. (См. перевод 1-го издания: «Физические методы органической химии», под ред. А. Вайсбергера, ИЛ, 1955.)
«Исследование эффекта Фарадея».
Waterman Т. Н., Science, 120, 927 (1954).
«Поляризационное оборудование для подводного освещения».
Waterman Т. Н., Sci. Am. (July 1955), р. 88.
«Поляризованный свет и пространственная ориентация животных».
Waterman Т. Н., Westell W. Е., Journ. Marine Research (Sears Foundation), 15, 149 (1956).
«Влияние положения Солнца на поляризацию света под водой».
Waterman Т. Н., Zs. vergleich. Physiol., 43, 149 (I960).
«Роль взаимодействия поляризованного света с мутной средой при ориентации Daphnia и Mysidium».
Wayland Н, Phys. Rev., 98, 255 (1955).
«Количественное визуальное исследование потоков с помощью возникающего в них двупреломения».
Weber G., Biochem. Journ., 51, 145 (1952).
«Поляризация флуоресценции макромолекул».
Weeks D. W., Journ. Math. Phys., 13, 380 (1957).
«Изучение шестнадцати когерентных матриц».
Weigel R. G., Optik., 5, 169 (1949).
«Применение поляризованного света для устранения ослепления при интенсивном движении уличного транспорта».
W е i g е г t F., Trans. Farad. Soc., 34, 927 (1938).
«Новое релаксационное явление в фотографических эмульсиях». Обсуждается фотодихроизм в желатиновых эмульсиях, содержащих AgCl.
Weill М. G., Journ. phys. rad., 18, 78S (1957).
«Прибор для измерения деполяризации рассеянного света». Описывается использование призм Волластона и Глазебрука в фотоэлектрических измерениях деполяризации в жидкостях и газах.
Wellington W. G., Nature, 172, 1177 (1953).
«Моторная реакция на плоскополяризованный свет》.
West С. D., Am Mineral. 22, 731 (1937).
«Кристаллография герапатита».
West C. D., Journ. Chem. Ed., 19, 66 (1942).
«Поляризационные принадлежности для микроскопа».
West С. D., Journ. Chem. Phys., 15, 689 (1947).
«Структурнооптические исследования. 1. Дифракция рентгеновских лучей в гидрофильных органических полимерах с добавкой галоидных соединений».
West С. D., Glass Ind., 30, 272 (May 1949).
«Создание анизотропных поверхностей». Описаны слоистые поляризаторы Бейлби и работы Зохера.
West С. D., Makas Л. S., Journ. Opt. Soc. Amer., 39, 791 (1949).
«Спектральная дисперсия двупреломления, в частности двупреломления в пленках полимеров». Описываются ахроматические фазовые пластинки.
West С. D., в книге: W. G. Berl, Physical Methods in Chemical Analysis, vol. 1, New York, 1950, p. 425.
«Полярископическое и поляриметрическое исследование материалов в проходящем свете».
West С. С., Jones R. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 41, 976 (1951).
«О свойствах поляризационных элементов, используемых в оптических приборах. I. Общее рассмотрение».
W е s t f о 1 d К. С., Journ. Opt. Soc. Amer., 49, 717 (1959).
«Новый метод анализа поляризации излучения и эффекта Фарадея с помощью комплексных векторов».
White С. Т., Report No. 669, U. S. Navy Electronics Laboratory, San Diego, California, Feb. 1956.
«Поляризованное освещение экранов радаров и сонаров и сравнение с методом цветного освещения».
Wilkinson D. Н„ Phil. Mag., 43, 659 (1952).
«Источник плоскополяризованных у-лучей переменной энергии порядка 5,5 Мэв». В реакции 2Н(р, у)3Не достигается почти 100%-ная поляризация у-лучей.
Wood R. W., Physical Optics, New York, 1934. (См. перевод: В у д P. В., Физическая оптика, Л.—М., 1936.)
Worthing A. G., Journ. Opt. Soc. Amer., 13, 635 (1926).
«Отклонения от закона Ламберта и поляризация света, излучаемого раскаленным вольфрамом, танталом и молибденом. Изменение оптических постоянных вольфрама с температурой».
Wright F. Е., Journ. Opt. Soc. Amer., 20, 529 (1930).
«Использование сферических проекций для изучения эллиптически поляризованного света». Описана сфера Пуанкаре.
Wright N., Journ. Opt. Soc. Amer., 38, 69 (1948).
«Прозрачный поляризатор для инфракрасного излучения».
Y a m a g u t i Т., Journ. Opt. Soc. Amer., 45, 891 (1955).
«Об использовании пластинки нитрата натрия в качестве поляризатора рассеивающего типа».
J7 Зак 1?87
Young Т., Miscellaneous Works., vol. 1, 1855.
Z a n d m a n F., Wood M. R., Product Eng., 27, 167 (1956).
«Фотонапряжения: новый метод фотоупругого анализа для наблюдения и измерения поверхностных напряжений на целых структурах и их частях».
Z a n d m a n F., Product Eng., 30, 43 (1959).
«Способ визуального наблюдения напряжений с помощью фотоупругого анализа».
Z а г е m А. М., Marshall F. R., Hauser S. М., Rev. Sci. Instr, 29, 1041 (1958).
«Миллимикросекундный фотозатвор Керра». Описан затвор с временем экспозиции 5 ммксек.
Zimm В. Н., Rev. Sci. Instr., 29, 360 (1958).
«Фотоэлектрический прибор высокой чувствительности для изучения двупреломления в потоке».
Zimmern A., Compt, rend., 182, 1082 (1926).
«О новом методе получения герапатита». Описаны методы получения кристаллических поляризующих слоев с большой поверхностью на специально приготовленной подложке.
Z о с h е г Н., Jacoby F. С., Kolloidchem. Beih., 24, 365 (1927).
«Об оптической анизотропии селективно поглощающих красителей». Приведены данные по дихроизму около 100 красителей. Описывается дихроизм в потоке.
Z о с h е г Н., Coper К., Zs. phys. Chem., 132, 295 (1928).
«Об искусственной анизотропии поверхностей». Описаны поляризаторы, изготавливаемые по методу натирания поверхности стекла с применением метиленового голубого.
Z о с h е г Н., Coper К・，Zs. phys. Chem., 132, 303 (1928).
«Об анизотропии фотохлоридов, создаваемой с помощью эффекта Вейгерта».
4 74. Z о с h е г Н., Coper К・，Zs. phys. Chem., 132, 313 (1928).
«О создании оптической активности с помощью циркулярно поляризованного света».
Edinburgh Phil. Journ., 1, 289 (1819).
Описание истории открытия двойного преломления и поляризации света.
Lectures on Polarized Light, London, 1843.
Rev. Sci. Instr., 20, 460 (1949).
Статья о небесном компасе Национального бюро стандартов.
,478. Ideal Kinema, 20, 14 (1954).
«Поляроидный вектограф: прибор, наносящий стереоскопические изображения на одну пленку».
British Kineniatography, 26, 46 (1955).
Статья об использовании поляризаторов в стереоскопической телевизионной системе.
Nucleonics, 15, 117 (1957).
Статья о применении поляризаторов в системе стереоскопн- ческог。 телевидения, используемой в Харуэлле, Англия»
Sky and Telescope, 19, 17 (1959).
«Поляризация света Луны и планет».
Automobile Manufacturers Association, Pamphlet, May 1952.
«Общественная сторона проблемы использования поляризованного света автомобильных фар》. Перечисляются недостатки этого метода.
Baird Associates, Technical Circular RD 505, 1951.
Описывается модификация фильтра Лио ——Омана.
Central Scientific Со., Сепсо News Chats, No. 86, 1959.
Обсуждается устройство для демонстрации поляризации в микроволновом диапазоне.
DuPont (Е. I. duPont de Nemours and Company), DuPont ELVANOL polyvinyl alcohols, Wilmington, 1953.
Eastman Kodak Co., Pamphlet 4-36-CH-10, April 1936. «Фотографирование в поляризованном свете》.
Eastman Kodak Co., Booklet, 1938.
«Фотографирование в поляризованном свете》.
Eastman Kodak Co., Pamphlet 8-38-CH-25.
«Специальные экраны фирмы «Кодак».
Eastman Kodak Co., Booklet, 1956.
«Фильтры фирмы «Кодак» и специальные экраны для черно-белой фотографии».
General Electric Company, Pamphlet GE-J-2411A, 11-54.
«Как использовать светофильтры, меняющие оттенок цвета».
Polacoat, Inc., Bulletin, Nov. 1957.
Polaroid Corporation, Booklet, 1945.
«Поляризованный свет и его применения». Излагается новая точка зрения Грабау (по сравнению с работой [164]).
Polaroid Corporation, Pamphlet, 1940—1941.
«Как сделать трехмерную вектографическую систему с помощью поляроидов».
Polaroid Corporation, Polaroid Reporter, No. 1 (1951).
«Поляризованный свет помогает найти дорогу домой».
Polaroid Corporation, Pamphlet F-1380, May 1954.
«Поляроидные вектографические пленки; дополнительные , данные».*
Polaroid Corporation, Pamphlet, Oct. 1954. «Фотометрические данные поляроидов фирмы «Поляроид корпорейшн». 497. Polaroid Corporation, Pamphlet F-2165, 1959.
«Применение поляризованного света к основным конструкторским проблемам».
United States District Court for the District of Massachusetts, Civil Action No. 53-168, 1955.
Polaroid Corporation, Technic, Pamphlet F-997.
Polaroid Reporter (Sept 1952).
Polaroid Corporation, Pamphlet 1-976.
502*. Аршинов В. В., Поляризованный свет и его применение, М., 1945 г.
503*. Баранов С. С., Поляроидные полярископы в исследовании напряжений, М.——Л., 1946.
504*. Белянкин Д. С., Петров В. П., Кристаллооптика, М.. 1951.
505*. Болотовский Б. М., Свечение Вавилова—Черенкова, М., 1964.
506*. Вавилов С. И., Собрание сочинений т. 1, 2, Изд-во АН СССР, 1952, 1954.
507*. В е й г е р т Ф., Оптические методы химии, М., 1933, гл. 14.
508*. Волькенштейн М. В., Молекулярная оптика, М., 1951.
509*. Гришкова Н. П., Оптический метод определения напряжений в деталях машин, М., 1953.
510*. Г у б к и н С. И., Добровольский С. И., Бойко Б. Б., Фотопластичность (изучение процессов пластической деформации в поляризованном свете), Минск, 1957.
511*. Д ж е р а с с и К., Дисперсия оптического вращения, ИЛ, 1962.
512*. Домбровский В. А., Поляризация света звезд и туманностей, Вестник ЛГУ, № 19, 153 (1957), № 1, 129 (1958), № 19, 135 (1959); Астроном. журн.> 35, 687 (1958).
513*. Жевандров Н. Д., Поляризованная люминесценция молекулярных кристаллов, Труды ФИАН, 25, 3 (1964).
514*. Жевандров Н. Д., Поляризация люминесценции и возможности ее применения в люминесцентном анализе (в книге: «Люминесцентный анализ» под ред. М. А. Константиновой-Шлезингер, М., 1961, гл. 20).
515*. Ландсберг Г. С., Оптика, М., 1957.
516*. Левшин В. Л., Фотолюминесценция твердых и жидких веществ, М., 1951.
517*. Л од очников В. Н., Основы кристаллооптики, М., 1947.
518*. Петров В. В., Анализ материалов оптическими методами, М., 1950, гл. 7.
519*. Поль Р. В., Введение в оптику, М.—Л., 1947.
520*. Проскуряков В. В., Использование метода фотоупругости при решении инженерных задач, М.—Л., 1962.
521*. Ф а е р м а н Г. П., Поляризационные светофильтры и их применение в военной технике, М., 1942.
522*. Феофилов П. П., Поляризованная люминесценция атомов, молекул и кристаллов, М., 1959.
523*. Ш е п е л ю к В., Стереокино, М., 1945, стр. 29.
524*. Шишловский А. А., Прикладная физическая оптика, М.» 1961.
525*. Шубников А. В., Основы оптической кристаллографии, Изд-во АН СССР, 1958.
.526*. Поляризационно-оптический метод исследования напряжений, сб. статей, Изд-во АН СССР, 1956.
527*. Физические методы органической химии, под ред. А. Вайсбер- гера, том IV, ИЛ, 1955, гл. 25.
ПАТЕНТЫ
Ш. Archambault С., U. S. patent 2813459.
Солнечные очки переменной плотности.
П2. В а е г w а 1 d Н. G., U. S. patent 2766659 (1956).
Сложный электрооптический модулятор.
ПЗ. Bailey Е. D., Brubaker М. М., U. S. patent 2246087 (1941).
Описываются методы растягивания различных материалов, позволяющие улучшить свойства получаемого поляризатора. П4. Blake R. Р„ U. S patent 2494686.
Инфракрасный поляризатор.
П5. Bond W. L., U. S. patent 2768557.
Электрооптический затвор, компенсирующий расходимость лучей. .
П6. Bridges S. W., R о е h г i g J. R., U. S. patent 2824488.
Поляризационно-микроскопическая установка для определения толщины волокон.
П7. Brown С. Н., U. S. patent 2224214 (1940), 2287598 (1942).
Проволочные поляризаторы.
П8. С а у г е 1 R., Schatzman L., French patent 1109170 (July 1954).
Новые поляризаторы и их изготовление.
П9. Chubb L. W., U. S. patent 2087795.
Фары, оборудованные поляризаторами под 45°.
П10. Dreyer J. F., U. S. patent 2400877 (1946).
Дихроичный поляризатор.
Ш1. Dreyer J. F., U. S. patent 2432867 (1947).
Поляризующее покрытие искривленных поверхностей, например ламп.
П12. Dreyer J. F., U. S. patent 2481830 (1949).
Способ изготовления дихроичного поляризатора (дихроичная пленка между защитными пластинками).
П13. D г е у е г J. F., U. S. patent 2484818 (1949).
Поляризующее зеркало с использованием нематического состояния.
П14. D г е у е г J. F., U. S., patent 2544659 (1951).
Дихроичный поляризатор.
П15. Dreyer J. F„ U. S. patent 2776598 (1957).
Поляризующее зеркало с использованием нематического состояния.
П16. Frost R. Н„ U. S. patent 2856810.
Солнечный фильтр для ветрового стекла автомобиля.
П17. Hurlbut С. S., Jr, U. S. patent 2742818.
Монохроматор, в котором используется несколько кварцевых пластинок разной толщины и несколько линейных поляризаторов.
П18. Keston A. S, U. S. patent 2829555 (1958).
Поляриметр, в котором используются два пучка (поляризованных под слегка различными азимутами] и два фотоэлемента.
П19. Koss el D, U. S. patent 2809555 (1957).
Система разделения световых лучей для бинокулярного микроскопа, обеспечивающая одинаковую интенсивность для обоих глаз даже в случае поляризующих образцов.
П20. Land Е. Н., Friedman J. S., U. S. patent 1918848 (1933).
Поляроиды, содержащие ориентированные кристаллы гер- апатита.
П21. Land Е. Н., U. S. patent 1951664 (1934).
Суспензия герапатита и т. д.
П22. L а п d Е. Н., U. S. patent 1955923 (1934j.
Световой затвор с использованием управляемых кристаллов герапатита.
П23. Land Е. Н, U. S. patent 1956867 (1934).
Поляроид с использованием периодида.
П24. Land Е. Н., U. S. patent 1963496 (1934).
Световой затвор с использованием управляемых частии.
П25. Land Е. Н., U. S. patent 1989371 (1935).
Ориентация частиц механическим растяжением.
П26. Land Е. Н., U. S. patent 2005426 (1935)..
Солнечные очки переменной плотности.
П27. Land Е. Н„ U. S. patent 2011553 (1935).
Метод ориентации объектов растяжением.
П28. Land Е. Н., U. S., patent 2018214 (1935).
Использование поляроидов в рекламных устройствах и др.
П29. Land Е. Н., U. S. patent 2018963 (1935).
Гашение зеркально отраженных бликов с помощью линейных или циркулярных поляризаторов.
ПЗО. Land Е. Н., U. S. patent 2031045 (1936).
Оборудование фар.'
П31. Land Е. Н., U. S. patent 2041138 (1936).
Поточный метод ориентации объектов.
П32. Land Е. Н., U. S. patent 2078181 (1937).
Поляризационная система для микроскопа.
ПЗЗ. Land Е. Н., U. S. patent 2078254 (1937).
Поляризатор, содержащий тонкие нерассеивающие кристаллы.
П34. Land Е. Н., U. S. patent 2079621 (1937).
Поляризационная система для микроскопа, предназначенная для исследования непрозрачных объектов.
П35. Land Е. Н, U. S. patent 2084350 (1937).
Стереоскоп для рассматривания двух рядом расположенных больших изображений; используется большое полупрозрачное зеркало под 45°.
П36. Land Е. Н., U. S. patent 2096696 (1937).
Настольная лампа, оборудованная двумя поляроидами.
П37. Land Е. Н., U. S. patent 2099694 (1937).
Циркулярный поляризатор двухслойного типа и его применение для оборудования фар и получения стереоскопических проекций.
П38 Land Е. Н, U. S. patent 2102632 (1937).
,Использование фазовой пластинки на ветровом стекле автомобиля для двух целей: уменьшения отражения от дороги и ослабления поляризованного света фар встречных автомобилей.
П3 9. Land Е. Н„ U. S. patent 2106752 (1938).,
Светоделитель призменного типа, применяемый в совокупности с поляризаторами для получения и проектирования стереоскопических фотографий.
П40. Land Е. Н., U. S. patent 2122178 (1938).
Рассеивающий поляризатор.
П41. Land Е. Н., U. S. patent 2123901 (1938).
Рассеивающий поляризатор, создающий две используемые компоненты..
П42. Land Е. Н„ U. S. patent 2123902 (1938).
Рассеивающий поляризатор, создающий зеркально отраженную компоненту и компоненту, распространяющуюся по цилиндрической поверхности.
П43. Land Е. Н„ U. S. patent 2146962 (1938).
Использование поляризаторов и фазовых пластинок для создания меняющихся рекламных изображений.
П44. Land Е. Н„ U. S. patent 2158129 (1939).
Меняющиеся рекламные изображения на непрозрачных поверхностях.
П45. Land Е. Н., U. S. patent 2158130 .(1939).
Рассеивающий поляризатор.
П46. Land Е. Н., U. S. patent 2165973 (12 39).
Поляроид, содержащий очень маленькие кристаллы герапатита при низкой объемной концентрации.
П47. Land Е. Н., U. S. patent 2168220 (1939).
Поляризующее небьющееся стекло.
П48. Land Е. Н., U. S. patent 2168221 (1939).
Листовой поляроид, который можно помещать вблизи горячих тел.
П49. Land Е. Н., Rogers Н. G., U. S. patent 2173304 (1939).
О поляроидах К-типа.
П50. Land Е. Н., U. S. patent 2174269 (1939).
Прибор для фотоупругого анализа с использованием поляризаторов и ахроматической пластинки с переменным сдвигом фазы.
П51. Land Е. Н„ U. S. patent 2174270 (1939).
Рекламное изображение с использованием отражения от поверхности двупреломляющих пленок.
П52. Land Е. Н„ U. S. patent 2178996 (1939).
Поляризатор, в котором используются мелкие кристаллы сульфата некоторого алкалоида.
П53. Land Е. Н„ U. S. patent 21.80113 (1939).
Полупрозрачный экран из несмешивающихся полимеров С различными показателями преломления.
П54. Land Е. Н., U. S. patent 2180114 (1939).
Поляризационное оборудование для фар с эффективностью, превышающей 50%.
П55. Land Е. Н„ U. S. patent 2184999 (1939).
Цветной фильтр, содержащий несколько поляризаторов и фазовых пластинок.
П56. Land Е. Н„ U. S. patent 2185000 (1939).
Система поляризаторов для фар, в которой используются зеркально отраженная и рассеянная компоненты.
1157. L a n d Е. Н., U. S. patent 2200959 (1940).
Рекламное устройство с использованием окна витрины.
П58. Land Е. Н., Mahler J., U. S. patent 2203687 (1940).
Вектографическая система.
П59. L а п d Е. Н„ U. S. patent 2204604 (1940).
Способ получения поляризованных изображений.
П60. L a n d Е. Н., U. S. patent 2212880 (1940).
Призменный светоделитель для получения стереоскопических проекций.
П61. Land Е. Н., U. S. patent 2237565 (1941).
Поляризационный козырек, содержащий пластинку для компенсации разности фаз в ветровом стекле.
П62. Land Е. Н., U. S. patent 2237566 (1941).
Окно переменной прозрачности, оборудованное поляризаторами и пластинками с переменным сдвигом фазы.
П63. Land Е. Н., U. S. patent 2237567 (1941).
О поляроидах Н-типа.
П64. L a n d Е. Н., U. S. patent 2252324 (1941).
Лампа накаливания, покрытая поляризующим материалом.
П65. Land Е. Н., U. S. patent 2255933 (1941).
Окно переменной прозрачности, оборудованное поляризаторами и пластинкой с переменным сдвигом фазы, установленной между поляризаторами на резиновых прокладках.
П66. L а п d Е. Н., U. S. patent 2256093 (1941).
Метод изготовления покрытий, сдвигающих фазу.
П67. Land Е. Н„ West С. D., U. S. patent 2270323 (1942).
Пленки из поливинилового спирта, имеющие высокое двупреломление.
П68. Land Е. Н., Young С. J. Т., U. S. patent 2270535 (1942).
Поляризаторы для автомобильных фар с наклонными поверхностями, имеющие эффективность выше 50%.
П69. Land Е. Н., U. S. patent 2281100 (1942).
Ориентация поляризующих частиц на размягченной поверхности.
Р70. L a n d Е. Н, U. S. patent 2281101 (1942).
Вектографическая система отражательного типа.
П71. Land Е. Н., U. S. patent 2287556 (1942).
Рассеивающий экран из несмешивающихся полимеров, не Меняющий поляризации.
П72. Land Е. Н., West С. D., U. S. patent 2289712 (1942).
Изготовление кристаллов герапатита и поляризаторов из них.
П73. Land Е. Н., U. S. patent 2289713 (1942).
Метод изготовления поляроидов J-типа на искривленной подложке путем разглаживания.
П74. Land Е. Н., U. S. patent 2289714 (1942).
Окрашенные вектографические изображения.*
П75. Land Е. Н., U. S. patent 2289715 (1942).
Составные пленки для получения вектографических изображений.
П76. Land Е. Н., U. S. patent 2298058 (1942).
Солнечные очки, меняющие оттенок цвета.
П77. Land Е. Н„ U. S patent 2298059 (1942).
Фильтр, меняющий оттенок цвета, для фотоаппаратов.
П78. Land Е. Н., U. S. patent 2299906 (1942).
Светочувствительный слоистый материал для вектографических систем.
П79. L а п d Е. Н., U. S. patent 2302613 (1942).
Настольная лампа с поляризованным светом.
П80. Land Е. Н., Rogers Н. G., U. S. patent 2306108 (1942).
Метод изготовления поляроидов К-типа.
П81. Land Е. Н., U. S. patent 2311840 (1943).
Окно переменной прозрачности с двумя поляризаторами, один из которых можно вращать или устранять.
П82. Land Е. Н., U. S. patent 2313349 (1943).
Окно переменной прозрачности, оснащенное пластинкой, дающей переменный сдвиг фазы.
П83. Land Е. Н., U. S. patent 2315373 (1943).
Процесс изготовления вектографических отпечатков.
П84. Land Е. Н., U. S. patent 2319816 (1943).
Поляризатор из растянутого стекла с малым содержанием металла.
П85. L a n d Е. Н., U. S. patent 2323059 (1943).
Цветные стенные панели с использованием поляризаторов и фазовых пластинок.
П86. Land Е. Н, U. S. patent 2328219 (1943).
Поляроиды Н-типа на виниловых соединениях.
П87. L a n d Е. Н・，U. S. patent 2329543 (1943).
Поляризационные изображения, возникающие при нарушении поляризации в определенных областях.
П88. Land Е. Н., U. S. patent 2334418 (1943).
Использование циркулярных поляризаторов в транспортной сигнализации.
П89. Land Е. Н„ U. S. patent 2343775 (1944).
Производство поляризаторов с использованием растяжения и выпаривания.
П90. Land Е. Н., U S. patent 2346766 (1944).
Поляризатор из ориентированных волокон, содержащих упорядоченно расположенные дихроичные молекулы.
• П91. Land Е. Н., U. S. patent 2348912 (1944).
Самоанализирующее дихроичное изображение.
□92. L a n d Е. Н., U. S. patent 2356250 (1944).
Клей для изготовления поляризаторов.
П93. Land Е. Н., U. S. patent 2356251 (1944).
Поляризатор с использованием двупреломляющих иглообразных кристаллов.
П94. Land Е. Н., U. S. patent 2356252 (1944).
Небьющийся поляризатор.
Л95. Land Е. Н„ U. S. patent 2359428 (1944).
Ориентация иглообразных кристаллов с помощью растяжения, растекания и прокатки.
П96. Land Е. И, U. S. patent 2362832 (1944).
Системы дальней связи и управления с использованием световых лучей различных форм поляризации.
П97. Land Е. Н., U. S. patent 2373035 (1945).
Поляризованные изображения в вектографической системе, П98 Land Е. Н., Grabau М., U. S. patent 2376493 (1945).
Прибор для получения звуковых волн, управляемый с помощью поляризаторов.
П99. Land Е. Н., Blake R. Р., U. S. patent 2380363 (1945).
Способы ориентации поверхности пленок из поливинилового спирта.
П100. Land Е. Н・，U. S. patent 2397149 (1946).
Получение противоположной ориентации на противоположных поверхностях пленок из поливинилового спирта, необходимое для изготовления вектографических систем.
П101. Land Е. Н., U. S. patent 2397272 (1946).
Вектографический способ идентификации.
П102. Land Е. Н., U. S. patent 2397273 (1946).
Дальномер с использованием поляризаторов.
П103. L a n d Е. Н., U. S. patent 2397276 (1946).
Вектографическая система с использованием веществ с противоположными знаками индикатрисы преломления.
П104. Land Е. Н., U. S. patent 2402166 (1946).
Вектографическая пленка.
П105. Land Е. Н., U. S. patent 2407306 (1946).
Дальномер с использованием поляризаторов.
П106. Land Е. Н., U. S. patent 2416528 (1947).
Очки для стереокино, выдаваемые зрителю вместе с билетом.
П107. Land Е. Н., U. S. patent 2420252 (1947).
Панорамный оптический прицел.
П108. Land Е. Н„ U. S. patent 2420253 (1947).
Панорамный оптический прицел с двуосным элементом.
П109. Land Е. Н., U. S. patent 2423503 (1947).
Вектографическая пленка.
П110. Land Е. Н„ U. S. patent 2423504 (1947).
Вектографическая фотография с использованием серебра и иода.
П111. Land Е. Н., U. S. patent 2431942 (1947).
Очки для стереокино, содержащие фазовую пластинку.
П112. Land Е. Н., Swanton J. R., Gibson J. W., U. S. patent 2431943 (1947).
Пресс для изготовления поляроидных пленок.
П113. Land Е. Н., U. S. patent 2440102 (1948).
Получение двуцветных поляризованных изображений.
П114. Land Е. Н, U. S. patent 2440103 (194 8).
Поляризатор со стеклянными защитными пластинками.
П115. Land Е. Н., U. S. patent 2440104 (1948).
Очки для стереокино.
П116. Land Е. Н„ U. S. patent 2440105 (1948).
Соединение поляризованного и неполяризованного изображений в единую картину.
П117. Land Е. Н., U. S. patent 2440106 (1948).
Получение поляризованных изображений.
П118. L а п d Е. Н., U. S. patent 2445581 (1948).
Изготовление поляроидов Н-типа с использованием борной кислоты.
П119. Land Е. Н., U. S patent 2454515 (1948).
Основной патент на поляроиды Н-типа на каучуковой основе с добавлением дихромофоров.
П120. Land Е. Н„ U. S. patent 2458179 (1949).
Оборудование для фар с использованием поляризаторов под 35°.
П121. Land Е. Н., U. S. patent 2493200 (1950).
Фильтр, меняющий оттенок, для цветного телевидения. Используется несколько спектрально селективных дихроичных поляризаторов и три электрооптических устройства, сдвигающих фазу.
П122. L а п d Е. Н„ U. S. patent 2547763 (1951).
Метод растяжения пленок.
П123. L а п d Е. Н„ U. S. patent 2788707 (1957).
Применение пластинок из исландского шпата для вектографических систем.
П124. Lyot В. F., U. S. patent 2718170.
Бесщелевой спектрофотометр.
П125. Mahler J., U. S. patent 2674156.
Схема для устранения ложных изображений в стереоскопических проекциях.
П126. М а г k s А. М., U. S. patent 2104949 (1938).
Оптическая пленка, на которую может быть нанесен слой оптически активного вещества.
П127. М а г k s А. М, U. S. patent 2199227 (1940).
Изготовление кристаллических пленок методом выпаривания.
П128. М а г k s А. М., U. S. patent 2777011 (1957).
Получение стереоскопического изображения с использованием специального толстого экрана.
П129. Mueller Н., U. S. patent 2707749.
Система световой сигнализации с использованием двух пучков с различной поляризационной модуляцией.
П130. Roehrig J. R„ U. S. patent 2824487.
Прибор для определения толщины анизотропных волокон.
П131. R о g е г s Н. G., U. S. patent 2255940.
Метод ориентации, основанный на сжатии и растяжении.
П132. Ryan W. Н., U. S. patent 2263684 (1941).
Поляризаторы в качестве фильтров, меняющих оттенок, для фотокомнат.
П133. Ryan W. Н., U. S. patent 2811893 (1957).
Метод компенсации ложных изображений в системах, дающих стереоскопическое изображение.
П134. S a g е S. J., U. S. patent 2834254.
Электронный цветной фильтр.
П135. Sawyer J., U. S. patent 2837087.
П136. Short F., U. S. patent 1734022 (1921).
Поляризующая система для фар с использованием отражательных поляризаторов.
П137. Stadler А. Е. К・，U. S. patent 2527593 (1950).
Фильтр, меняющий оттенок, состоящий из двух поляризаторов и двух пластинок, сдвигающих фазу на 90° и 180°.
П138. Thorburn, U. S. patent 2837086.
П139. West С. D., U. S. patent 2420273 (1947).
Ахроматический оптический прицел.
П140. West С. D., U. S. patent 2441049 (1948).
Ахроматическая фазовая пластинка из органического полимера.
П141. West С. D„ U. S. patent 2447828 (1948).
Поляризатор призменного типа, состоящий из изотропного блока и тонкой двупреломляющей пленки.
П142. West С. D„ U. S. patent 2788710 (1957).
Электрооптический затвор с использованием кубического кристалла класса 7* например галогенида меди.
П143. White С. Т., U. S. patent 2793361.
Применение поляризаторов в военных информационных центрах и др.
П144. Zeiss (Carl Zeiss Company), German patent 1015236 (1957), Инфракрасный дихроичный поляризатор Дрекселя.
П145. Zeiss (Carl Zeiss Company), British patent 796661 (1958).
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода 5
Предисловие .9
Глава 1. Традиционное описание поляризованного света . . . И
Введение11
Наглядное классическое описание поляризованного волнового движения •13
Типы и формы поляризации (16). Ортогональные формы (17). Плоскость поляризации (17).
Математическое описание поляризованных волн . . 18
Естественный свет 21
Частично поляризованный свет22
История исследования поляризованного света . . . . 24
Глава 2.Современные методы описания поляризованного света 27
Введение27
Сфера Пуанкаре27
Декартовы координаты (30).
Вектор Стокса31
Определения (35). Нормированные параметры (37).
Типичные векторы (37). Принцип оптической эквивалентности (38). Применения (38).
Вектор Джонса 40
Интенсивность пучка (41). Стандартный нормированный вектор Джонса (42). Интерпретация вектора Джонса (42).
Квантовомеханическое описание 45
Термодинамика и энтропия)47
Глава 3. Поляризаторы. Их классификация и основные параметры 48
Введение48
Определение поляризатора48
Оптические явления,накоторых основана работа поляризаторов • • • 50
Основные параметры линейного поляризатора .... 52
Параметры пары одинаковых поляризаторов .... 56 Закон Малюса (56).
Циркулярные и эллиптические поляризаторы .... 57 Некоторые специальные параметры (59).
§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§5961626263666770725961626263666770727881828385867881828385869905678013 5 6 66 91358 899999000 о о о о о11111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 119905678013 5 6 66 91358 899999000 о о о о о11111 11 11 11 11 11 11 11 11 11 116 67880 211 11-11 1А 211 IX 11 11 11 11 ■，6 67880 211 11-11 1А 211 IX 11 11 11 11 ■，
§§§§§§§§§§§§
§§§§§§§§§§§§
596162626366677072
596162626366677072
788182838586
788182838586
9905678013 5 6 66 9135
8 899999000 о о о о о111
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
9905678013 5 6 66 9135
8 899999000 о о о о о111
11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11
6 67880 2
11 11-11 1А 2
11 IX 11 11 11 11 ■，
6 67880 2
11 11-11 1А 2
11 IX 11 11 11 11 ■，
Собственный вектор поляризатора
Матрицы Мюллера и матрицы Джонса
Дихроичные поляризаторы
Введение
Дихроизм и анизотропия поглощения
Плоский дихроизм
Плоский дихроизм тел, состоящих из ориентирован ных микрокристаллов
Способы ориентации дихромофорных молекул ..・
Поляроид Н-типа
Производство (73).
Поляроид К-типа
Поляроиды J-типа
Поляроид L-типа
Другие дихроичные пленочные нейтральные поляризаторы для видимой области
Цветные дихроичные поляризаторы
Поляроид HR-тппа
Глава 5. Двупреломляющие поляризаторы
Введение
Анизотропия преломления и двупреломление ...
Применяемые материалы
Поляризатор Аренса
Поляризатор Волластона. Поляризатор Рошона ..
Поляризатор Глана ——Фуко. Модификация Тейлора
Поляризатор Николя
Другие поляризаторы из исландского шпата ....
Рассеивающие двупреломляющие поляризаторы ..
Поляризаторы для ультрафиолетового и инфракрасного света
Глава 6. Отражательные поляризаторы
Введение
Поляризующая способность одной поверхности ...
Поляризующая способность поляризатора, состоящего из стопы пластинок
Примеры отражательных поляризаторов
Рассеивающие поляризаторы
Поляризация с помощью щелей и решеток
Глава 7. Пластинки, сдвигающие фазу, и круговые поляризаторы
Введение
Определение фазовых пластинок
Оптические принципы действия фазовых пластинок
Сдвиг фазы
Параметры фазовой пластинки
Определение результата действия фазовых пластинок
Метод сферы Пуанкаре (126). Другие методы (129).
§§§§§§§§§§§§Частично поляризованный свет (129).
§§§§§§
§§§§§§
Хроматические линейные фазовые пластинки . . .129
Ахроматические линейные фазовые пластинки . .133
Циркулярные фазовые пластинки)34
Использование фазовых пластинок для получения циркулярно поляризованного света 135
Применение фазовых пластинок для анализа эллиптически поляризованного света 137
Использование фазовых пластинок в качестве псевдодеполяризаторов 139
Глава 8. Расчетные методы Мюллера и Джонса142
§§§§§§§§§§§§§§§§§§§§ГлаваГлав১§§§§§§§§§§§§§§§§Введение 142
§§§§§§§§§§
§§§§§§§§§§
Глава
Глава
§§§§§§§§§
§§§§§§§§§
Общая схема расчета по методу Мюллера . . . . 142
Примеры применения расчета по методу Мюллера 144
Матрица Мюллера для совокупности устройств . . 149
Метод определения отдельных матриц Мюллера . . 151
История создания и развития метода расчета Мюллера 153
Общая схема метода расчета Джонса154
Примеры применения метода Джонса . 157
“-матрицы (158).
Сравнение методов Мюллера и Джонса159
Близкие вопросы 160
Применение поляризации света для регулировки интенсивности, блеска и цвета 161
Введение1G1
Регулировка интенсивности света .. 161
Системы световой блокировки .......... 166
Регулировка света автомобильных фар ...... 167
Езда в ночное время по шоссе в тумане (171).
Гашение света, зеркально отраженного от гладких диэлектрических поверхностей при наклонном падении 172
Предупреждение зеркального отражения света . . . 174
Усиление контрастности облаков .... 174
Гашение отраженного света при перпендикулярном падении . 175
Кодирование и декодирование изображений для стереоскопического видения • • . . . . 178
Вектографическая система (181). Устранение дефектов бинокулярного зрения (183). Стереоскопическое телевидение (183). Стереоскопическая радиолокация 183). Получение .стереоскопического изображения в микроскопе с од^им объективом (184).
Изменение спектрального распределения энергии . . 184 Полосы в спектрах (191),
Глава 10. Другие применения в науке и технике192
Введение192
Явление Хайдингера192
Поляризация и навигация194
Биологические эффекты 195
Поляриметрия 195
Теория циркулярного двупреломления (197).
Микроскопия 197
Фазоконтрастные микроскопы (199). Интерференционные микроскопы (199).
Кристаллография и химическая структура200
Фотоупругий анализ201
Другие применения 203
Приложение 1. Непосредственное получение поляризованного света 206
Скользящий выход лучей (206). Поляризованное тепловое излучение (207). Поляризованная флуоресценция (207). Штарк-эффект (207). Зееман-эффект (207)； Эффект Вавилова — Черенкова (208). Взаимодействие электронного пучка с решеткой (208). Ондулятор (208). Другие методы (209).
Приложение 2. Основные матрицы Мюллера и Джонса . . 210 Обозначения (210). Основные матрицы (211).
Библиография220
У. Шерклифф
ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ
Редактор И. Г. Нахимсон. Художник Н. ^. СапожниковаХудожественный редактор Е. И. Подмарькова
Технические редакторы Я. В. Кулева, С. С. МалееваКорректор Л. В. Големинова
Сдано в производство 15/1II 1965 г.Подписано в печать 8/VI 1965 г.
Бумага 84义108%2, 4,13 бум. л., 13.53 печ. л. Уч.-изл. л. 13,18. Изд. № 2/3005.Цена 84 к. Зак. 1287.
(Темплан 1965 г. изд-ва „Мир", пор. № 60)ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР»Москва, 1-й Рижский пер., 2
Ленинградская типография № 2 имени Евгении Соколовой Главполиграфпрома Государственного комитета Совета Министров СССР по печати.
Измайловский проспект, 29
1) Эффект Покельса — появление индуцированного двупрелом
ИЗДАТЕЛЬСТВО
《М И Р»
POLARIZED LIGHT
Production and Use
WILLIAM A. SHURKLIFF Research Fellow in Physics, Harvard University
Harvard University Press
Cambridge. Massachusetts, /缈2
у. ШЕРКЛИФФ
ПОЛЯРИЗОВАННЫЙ СВЕТ
Получение и использование
Перевод с английского
Ш. Д. Хан-Магометовой
Под редакцией
Н. Д.冰свандрова
ИЗДАТЕЛЬСТВО 《МИР»
Москва 1965
УДК 535 4-681.4
Книга Шерклиффа «Поляризованный свет» представляет собой первую в мировой литературе монографию, специально посвященную явлению поляризации света во всех его аспектах; в ней обсуждаются сущность явления поляризации и способы ее математического описания, рассматриваются методы экспериментального получения и исследования поляризованного света, а также его многочисленные применения. Она содержит ценный материал, до сих пор отсутствовавший в книгах по оптике.
Книга будет, несомненно, полезна для физиков — научных работников, аспирантов и студентов, в первую очередь оптиков. Кроме того, она представляет большой интерес для лиц самых различных специальностей, в практической работе которых может найти применение поляризованный свет, а именно для кристаллографов, астрофизиков, метеорологов, фото- и киноработников, инженеров-материаловедов, инженеров транспорта и связи, радиоинженеров, химиков, биологов, врачей-окулистов и др.
Главы, посвященные прикладным вопросам, написаны доступно для широкого круга читателей.
Редакция литературы по физике
Настоящая монография посвящена поляризации света —важному разделу оптики, имеющему большое прикладное значение. Автор удачно объединил описание физической сути явления, методов его экспериментального получения и исследования, а также многочисленных и разнообразных применений в различных областях науки и техники.
Следует подчеркнуть, что ни в советской, ни в зарубежной литературе книг такого рода до сих пор не было. Наряду с традиционным описанием поляризованного света, его свойств, законов его взаимодействия с веществом и основанных на этом возможностей получения поляризованного света в книге излагаются и более сложные вопросы: метод описания поляризованного света с помощью сферы Пуанкаре, а также матричные расчетные методы Мюллера и Джонса. Эти методы в учебниках и монографиях по оптике обычно не рассматриваются, хотя предложены давно и отличаются высокой эффективностью. При большой общности они весьма экономичны и компактны, в отличие от обычных алгебраических и тригонометрических методов, которые при расчете сложных систем, создающих и меняющих поляризацию, оказываются слишком громоздкими. В предлагаемой книге эти методы изложены полно и подробно и в то же время ясно и лаконично (гл. 2 и 8 и приложение 2).
Очень полезными для конкретной работы исследователей являются главы 3——7, в которых подробно описаны конструкции различных поляризаторов (поляризационные призмы, поляроиды и др.) и устройства для сдвига фаз, в том числе малоизвестные и малораспро-
страненные. Эти разделы книги, несомненно, представляют интерес для физиков различных специальностей и в первую очередь ——оптиков.
Имеющаяся в книге информация о многочисленных и разнородных (и по существу задач, и по методике) применениях поляризованного света в различных областях науки и техники была до сих пор рассеяна по практически необозримой журнальной, патентной, популярной и иной литературе. Хотя и не совсем полное (что вообще невозможно в рамках небольшой книги), но достаточно широкое суммирование этих сведений в данной монографии (гл. 9 и 10), несомненно, принесет большую пользу исследователям и практикам, применяющим поляризованный свет в самых различных областях.
Различным направлениям применения поляризации уделено в книге неодинаковое внимание. Так, очень подробно описаны светотехнические применения (изменение интенсивности света, светоблокировка и др.). Значительно меньше освещены применения в химии, биохимии, биофизике и некоторых других областях.
По-видимому, такая неравномерность отчасти объясняется кругом интересов самого автора. В значительной мере это обстоятельство восполняется прилагаемой к книге обширной и подробной библиографией (свыше 600 названий), которая поможет интересующимся читателям глубже изучить отдельные вопросы.
Области применения поляризованного света весьма разнообразны и с каждым годом все расширяются, поэтому надо надеяться, что книга найдет читателей не только среди физиков, но и химиков, биологов, минералогов, астрономов и инженеров разных специальностей.
В книге описаны также современные методы изготовления поляроидов (микрокристаллических и молекулярных, на полимерной основе и др.). Эти методы позволяют получать высококачественные и относительно дешевые поляроиды в виде листов большого размера, что открыло новые широкие перспективы их применений.
Издание книги, несомненно, будет стимулировать расширение области применения поляризаторов и поля-
ризованного света, в частности усилит интерес и внимание к производству поляроидов.
Следует отметить совершенно недостаточное освещение вопросов поляризации люминесценции и ее эффективных применений для изучения свойств и структуры атомов, молекул и кристаллов и, в частности, слабое знакомство автора с советскими исследованиями в этой области, особенно с работами С. И. Вавилова, В. Л. Левшина, П. П. Феофилова и других.
При переводе книги по возможности использовалась терминология, общепринятая в литературе по оптике на русском языке. В большинстве случаев для используемых в английском тексте терминов удалось подыскать адекватные и уже установившиеся русские термины (иногда несколько измененные). Только в отдельных случаях, чтобы точнее передать смысл оригинала, приходилось конструировать новые термины (например, «монохроичные оси» кристаллов в гл. 4, § 2).
Перевод книги снабжен в ряде мест необходимыми примечаниями и списком дополнительной литературы на русском языке, в который включены наряду с наиболее распространенными курсами и монографиями по оптике, содержащими главы по общим вопросам поляризации света, также книги и обзорные статьи, посвященные специальным исследованиям различных вопросов, связанных с изучением поляризованного света и его применениями. ,
Н, Д. Жевандров
Специалисты, работающие в области физики, химии, биологии, металлургии, минералогии, механики и электроники, все шире и шире используют в своих исследованиях поляризованный свет. В связи с этим возникла необходимость в создании руководства, содержащего описание методов получения и применения поляризованного света. Ежегодно в различных научных журналах публикуются сотни работ, посвященных использованию поляризованного света, причем число областей, где он находит применение, все время увеличивается. Однако пока еще нет книги, в которой систематически излагались бы основные сведения о явлении поляризации, давалось достаточно полное определение применяемой терминологии, сравнивались различные типы поляризаторов и приводились правила нахождения свойств комбинации поляризаторов с устройствами, сдвигающими фазу. Отсутствует и достаточно полный обзор многочисленных применений поляризованного света и исчерпывающая библиография по этому вопросу.
Важнейшим этапом в развитии методов изучения и применения поляризованного света явилось изобретение Лендом в 1928г. пленочного поляризатора (поляроида). В дальнейшем Ленд и его сотрудники разработали микрокристаллические (J-типа) и молекулярные (Н-, К-, HR- и т. д. типа) поляроиды; таким образом, в распоряжении исследователей, работающих с поляризованным светом, оказались поляризаторы, которые могли иметь практически любые нужные характеристики. Поляроиды применяются почти во всех областях науки, но до сих пор в литературе мало освещена технология нх изготовления»
В последнее время при подборе поляризаторов и устройств, сдвигающих фазу, применяются четыре эффективных метода описания и расчета, а именно вектор Стокса, сфера Пуанкаре, расчет Мюллера и расчет Джонса, которые, к сожалению, не отражены должным образом в существующих учебниках. Эти методы дают возможность легко рассчитать любые комбинации из поляризаторов и устройств, сдвигающих фазу, т. е. выполнять расчеты, которые раньше казались безнадежно сложными. В настоящей книге подробно описываются все упомянутые методы и иллюстрируется их применение. В приложениях даны матрицы для расчетов по методам Мюллера и Джонса.
Автор работал некоторое время под руководством д-ра Ленда; труды Ленда и его коллег д-ра Веста и д-ра Джонса послужили основой при создании этой книги.
Автор приносит глубокую благодарность д-ру Джонсу, создателю упомянутого метода, благодаря советам и консультации которого были написаны главы, посвященные методам расчета. Большую помощь в освещении вопросов технологии поляроидов оказали Эмерсон и Мейкес.
У. Шерклифф
Кембридж, шт. Массачусетс, США 25 августа 1961 г.
11
1
1