Metody Optyczne w Technice. Wykład 8 Polarymetria

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Metody Optyczne w Technice. Wykład 8 Polarymetria"

Helena Żurek
8 lat temu
Przeglądów:

1 Metody Optyczne w Technice Wykład 8 Polarymetria

2 Fala elektromagnetyczna div D div B 0 D E rot rot E H B t D t J B J H E

3 Fala elektromagnetyczna 2 2 E H 2 t 2 E 2 t H 2 v n c n 0

4 Fala elektromagnetyczna

5 Fala elektromagnetyczna kierunki drgań wektorów E i H są prostopadłe do kierunku propagacji fali (fala poprzeczna) Kierunki drgań wektorów E i H są prostopadłe do siebie w ten sposób, że ExH jest równoległe do kierunku propagacji Wektory E i H są w fazie ponieważ k/ωμ jest rzeczywiste

6 Fala elektromagnetyczna Fale elektryczna i magnetyczna są współzależne jedna nie może istnieć bez drugiej Dwie nakładające się fale tworzą zaburzenie będące ich wektorową sumą (jeśli ε i μ nie zależą od E i H)

7 Polaryzacja

8 Polaryzacja liniowa

9 Polaryzacja kołowa

10 Polaryzacja eliptyczna

11 Określanie stanu polaryzacji

12 Określanie stanu polaryzacji

13 Określanie stanu polaryzacji δ=±nπ polaryzacja liniowa (χ=0) n=0,2,4 => θ=α N=1,3,5 => θ=-α δ=(±n+½)π polaryzacja eliptyczna z osiami głównymi wzdłuż X i Y (θ=0 lub θ=½ π) a x = a y - polaryzacja kołowa

14 Określanie stanu polaryzacji

15 Określanie stanu polaryzacji

16 Płytki falowe Płytki falowe to elementy optyczne posiadające tzw. ośrodek dwójłomny Charakteryzują się one tym, że prostopadłe polaryzacje liniowe doznają różnych współczynników załamania (oś szybka i oś wolna) W wyniku tego płytka opóźnia jedną falę względem drugiej zmieniając stan polaryzacji Płytka półfalowa opóźnienie o π (polaryzacja liniowa +45 stopni -> polaryzacja liniowa -45 stopni) Płytka ćwierćfalowa opóźnienie o ½ π (polaryzacja liniowa +45 stopni-> polaryzacja kołowa)

17 Płytki falowe

18 Polaryzatory Polaryzator to element optyczny, który dzieli fale na dwa prostopadłe kierunki polaryzacji i przepuszcza tylko jeden z nich Za polaryzatorem biegnie więc fala spolaryzowana liniowo wzdłuż osi polaryzatora Dwa polaryzatory obrócone o kąt 90 stopni nie przepuszczają światła

19 Polaryzatory Polaroid błona specjalnego plastiku z cząsteczkami ułożonymi w długie równoległe łańcuchy, pole elektryczne wzdłuż łańcuchów jest silnie absorbowane, zaś prostopadle do niech przechodzi przez błonę Odbicie światło odbite przy kącie padania równym tan -1 (n 2 /n 1 ) jest spolaryzowane w ten sposób, że pole elektryczne drga wzdłuż płaszczyzny granicy ośrodków (przy takim kącie padania promień przechodzący i odbity są prostopadłe) Podwójne załamanie (dwójłomność) wiązka padająca na taki kryształ ugina się dla dwóch prostopadłych polaryzacji liniowych pod różnymi kątami

20 Prawo Malusa Gdy światło przechodzi przez 2 skrzyżowane polaryzatory, których osie tworzą kąt θ natężenie światła za nimi będzie proporcjonalne do kwadratu kosinusa kątów ich wzajemnego skręcenia

21 Światło niespolaryzowane Jeśli różnica faz między dwoma kierunkami prostopadłymi drgań pola elektrycznego nie jest stała w czasie mamy do czynienia ze światłem niespolaryzoawnym Światło niespolaryzowane po przepuszczeniu przez polaryzator (lub odbiciu, dwójłomności) staje się spolaryzowane

22 Określanie polaryzacji Przepuszczamy światło przez polaryzator (analizator) który może się obracać Jeśli obracając polaryzatorem znajdujemy periodycznie powtarzające się miejsca całkowitego wygaszenia wiązki polaryzacja liniowa Jeśli światło periodycznie zmienia swoje natężenie ale się nie wygasza polaryzacja eliptyczna Jeśli natężenie światła nie zmienia się mimo obrotu polaryzacja kołowa albo światło niespolaryzowane (sprawdzamy ćwierćfalówką)

23 Ośrodki anizotropowe

24 Ośrodki anizotropowe Ośrodek izotropowy Ośrodek jednoosiowy Ośrodek dwuosiowy

25 Ośrodki anizotropowe W ośrodkach dwójłomnych światło doznaje różnych współczynników załamania dla różnych kierunków polaryzacji. W przypadku kryształów jednoosiowych współczynnik jednego z kierunków nie zależy od polaryzacji wiązki (współczynnik normalny o ordinary) zaś drugi (dla kierunku prostopadłego) zmienia się (nadzwyczajny e extraordinary) Istnieje jeden kierunek wzdłuż którego są one równe oś optyczna kryształu

26 Ośrodki anizotropowe

27 Ośrodki anizotropowe

28 Ośrodki anizotropowe

29 Ośrodki aktywne optycznie Niektóre ośrodki (np. woda z cukrem) wykazują różne współczynniki załamania dla polaryzacji liniowej prawo i lewoskrętnej, kąt skręcenia zależy wówczas najczęściej od stężenia roztworu i drogi propagacji światła Podobny efekt można uzyskać propagując fale elektromagnetyczną w polu magnetycznym (efekt Faradaya), kąt skręcenia

30 Izolator optyczny

31 Formalizm Jonesa

32 Polaryzacja liniowa Formalizm Jonesa Polaryzacja kołowa Polaryzacja eliptyczna

33 Macierze Jonesa Polaryzator Płytka półfalowa Płytka ćwierćfalowa

34 Formalizm Jonesa Polaryzację można też rozdzielić na kombinację polaryzacji kołowych prawo- i lewoskrętnej (w miejsce prostopadłych polaryzacji liniowych) W tym przypadku formalizm Jonesa stosuje się także (po odpowiednich modyfikacjach)

35 Wektor Stokesa Innym opisem polaryzacji światła są 4 parametry tworzące tzw. wektor Stokesa

36 Wektor Stokesa

37 Wektor Stokesa Polaryzacja eliptyczna

38 Wektor Stokesa Polaryzacja liniowa pod kątem θ Światło niespolaryzowane

39 Macierze Müllera Podobnie jak w formalizmie Stokesa definiuje się macierze dla elementów optycznych

40 Macierze Müllera Polaryzator liniowy pod kątem θ LHP LHV LP-45 LP+45 RCP

41 Macierze Müllera Płytki falowe QWP(0) QWP(½π) HWP(0)

42 Sfera Poincaré

43 Sfera Poincaré

44 Światłowody dwójłomne

45 Światłowody dwójłomne Nawet w jednomodowym światłowodzie de facto propagują się dwa mody w dwóch prostopadłych kierunkach polaryzacji liniowej Dwójłomność rdzenia powoduje zmiany polaryzacji i deformację sygnału -> problem Lecz może kodować także informację o ośrodku lub o zniekształceniach światłowodu światłowody zachowujące polaryzację

46 Światłowody dwójłomne Światłowody zachowujące polaryzację Światłowody wysokodwójłomne (Hi-Bi) Rdzeń eliptyczny Naprężeniowe Z tunelem lub barierą po boku Ciekłokrystaliczne

47 Światłowody dwójłomne Światłowody zachowujące polaryzację Światłowody jednopolaryzacyjne, jednomodowe (SPSM) Różne parametry odcięcia dla prostopadłych kierunków Propagujące jeden mod spolaryzowany (współczynnik załamania w jednym z kierunków znoszony przez kombinację domieszkowania i naprężeń) Duże różnice w tłumieniu anizotropowym

48 Światłowody dwójłomne Zastosowanie Urządzenia wymagające stabilnej polaryzacji Sprzęganie do obwodów optyki zintegrowanej Czujniki interferometryczne Systemy komunikacji koherentnej (gdy sygnał ze światłowodu służy jedynie do modulowania źródła wbudowanego w odbiornik) Urządzenia i komponenty światłowodowe Czujniki dwumodowe Wzmacniacze dwumodowe Sprzęgacze polaryzacyjne

49 Światłowody dwójłomne Urządzenia światłowodowe oparte na indukowanej dwójłomności Uchwyt do światłowodów o zerowej dwójłomności Światłowodowe płytki falowe (pętle) Polaryzator światłowodowy (kombinacja płytek falowych) Światłowodowy czujnik natężenia prądu (efekt Faradaya)

Podobne dokumenty

Polaryzatory/analizatory

Polaryzatory/analizatory Polaryzator eliptyczny element układu optycznego lub układ optyczny, za którym światło jest spolaryzowane eliptycznie i o parametrach ściśle określonych przez polaryzator zazwyczaj