Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое индекс поляризации двигателя

Что такое индекс поляризации двигателя

Чудо — Рациональность — Наука — Духовность

Ж ИЗНЕННЫЙ ПУТЬ — это путь исследователя, постигающего тайны мироздания

Наш сайт доступен

Многослойные поляризующие интерференционные покрытия, основанные на явлении Брюстера, широко используются в качестве поляризаторов мощного когерентного лазерного излучения. Обычно конструктивное исполнение имеет вид так называемого “поляризующего куба”. Принцип действия и устройство такого куба продемонстрировано на рис. 1.

Схематическое изображение конструкции поляризующего куба с многослойным Брюстеровским покрытием и хода световых лучей в нем

Е — поляризация луча.

Куб представляет собой сборку из двух одинаковых стеклянных призм, на общую диагональ которых нанесено методом вакуумного распыления многослойное диэлектрическое покрытие. Угол при вершине призм задается равным углу Брюстера (см. эффекты 504003, 503010) для заданной длины волны света при отражении от границы раздела стекло-напыленный диэлектрик.

Чтобы обеспечить выполнение этого уcловия на всех границах раздела внутри многослойного диэлектрического покрытия, покрытие исполняется путем чередования слоев двух материалов. Показатели их преломления подбираются с тем расчетом, чтобы n 1 =n ; n 2 =(n) 1/2 , где n 1,2 — показатели указанных двух веществ, n — показатель стекла призмы. В частности для оптического диапазона, на призмах из кварцевого стекла, указанным условиям хорошо соответствует пара окислов SiO 2 — TiO 2 .

Толщины слоев напыления подбираются исходя из условия, чтобы волны, отраженные от передней и задней грани слоя, складывались синфазно. Таким образом, многослойное покрытие представляет собой диэлектрическое зеркало для данной длины волны и данного угла ее падения.

Однако, в соответствии с явлением Брюстера, отражение будет происходить только для S -компоненты поляризации падающего пучка, в то время как для P -компоненты коэффецикнт отражения равен нулю.

Таким образом, S -поляризованная компонента практически полностью отражается, в то время как Р -поляризованная проходит куб без ослабления.

Поляризующие кубы указанной конструкции представляют собой дешевые и качественные поляризаторы лазерного излучения, способные вдобавок выдерживать весьма значительные плотности мощности излучения (на порядок выше таковых для поляризационных призм из исландского шпата, типа призм Глана).

К недостаткам поляризующих кубов относится, во-первых, возможность применения только для расчетной длины волны излучения, а во-вторых, критичность к угловой юстировке. Невыполнение любого из двух условий влечет немедленное нарушение явления Брюстера, и куб практически перестает работать.

Время инициации (log t o от -10 до -9);

Время существования (log t c от -9 до 15);

Время деградации (log t d от -10 до -9);

Время оптимального проявления (log t k от -8 до 2).

Технические реализации эффекта

Техническая реализация эффекта

Техническая реализация в полном соответствии с рис. 1 содержательной части. Берем готовый поляризующий куб, пропускаем через него деполяризованный пучок гелий-неонового лазера, убеждаемся что на выходе поляризация линейная Р -типа по отношению к падению на диагональ призмы.

Поляризующие кубы на основе Брюстеровских многослойных покрытий применяется в качестве поляризатора излучения в мощных непрерывных и импульсных лазерных системах оптического диапазона, а также во всевозможных поляриметрических и эллипсометрических приборах.

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Оптика.- М.: Наука, 1985.

2. Ландсберг Г.С. Оптика.- М.: Наука, 1976.

  • призма
  • линейная поляризация
  • формулы Френеля
  • Р-поляризация
  • S-поляризация
  • многослойные отражающее покрытия
  • угол Брюстера

Поляризация диэлектриков

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногда вектор поляризации коротко называют просто поляризацией.

  • Вектор поляризации применим для описания макроскопического состояния поляризации не только обычных диэлектриков, но и сегнетоэлектриков, и, в принципе, любых сред, обладающих сходными свойствами. Он применим не только для описания индуцированной поляризации, но и спонтанной поляризации (у сегнетоэлектриков).

Поляризация — состояние диэлектрика, которое характеризуется наличием электрического дипольного момента у любого (или почти любого) элемента его объема.

Различают поляризацию, наведенную в диэлектрике под действием внешнего электрического поля, и спонтанную (самопроизвольную) поляризацию, которая возникает в сегнетоэлектриках в отсутствие внешнего поля. В некоторых случаях поляризация диэлектрика (сегнетоэлектрика) происходит под действием механических напряжений, сил трения или вследствие изменения температуры.

Поляризация не изменяет суммарного заряда в любом макроскопическом объеме внутри однородного диэлектрика. Однако она сопровождается появлением на его поверхности связанных электрических зарядов с некоторой поверхностной плотностью σ. Эти связанные заряды создают в диэлектрике дополнительное макроскопическое поле с напряженностью Е1, направленное против внешнего поля с напряженностью Е. Результирующая напряженность поля Е внутри диэлектрика Е=Е1.

Содержание

Типы поляризации

В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы:

  • Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Самая быстрая поляризация (до 10 −15 с). Не связана с потерями.
  • Ионная — смещение узлов кристаллической структуры под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Время протекания 10 −13 с, без потерь.
  • Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле.
  • Электронно-релаксационная — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле.
  • Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междуузлие.
  • Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопических включений в диэлектрике. Самый медленный тип.
  • Самопроизвольная (спонтанная) — благодаря этому типу поляризации у диэлектриков, у которых он наблюдается, поляризация проявляет существенно нелинейные свойства даже при малых значениях внешнего поля, наблюдается явление гистерезиса. Такие диэлектрики (сегнетоэлектрики) отличаются очень высокими значениями диэлектрической проницаемости (от 900 до 7500 у некоторых видов конденсаторной керамики). Введение спонтанной поляризации, как правило, увеличивает тангенс угла потерь материала (до 10 −2 )
  • Резонансная — ориентация частиц, собственные частоты которых совпадают с частотами внешнего электрического поля.
  • Миграционная поляризация обусловлена наличием в материале слоев с различной проводимостью, образованию объемных зарядов, особенно при высоких градиентах напряжения, имеет большие потери и является поляризацией замедленного действия.

Поляризация диэлектриков (за исключением резонансной) максимальна в статических электрических полях. В переменных полях, в связи с наличием инерции электронов, ионов и электрических диполей, вектор электрической поляризации зависит от частоты. В связи с этим вводится понятие дисперсии диэлектрической проницаемости.

Зависимость вектора поляризации от внешнего поля

В постоянном поле

В слабых полях

В постоянном или достаточно медленно меняющемся от времени внешнем электрическом поле при достаточно малой величине напряженности этого поля, вектор поляризации P, как правило (исключение составляют сегнетоэлектрики), линейно зависит от вектора напряженности поля E:

(в системе СГС), (в системе СИ; дальше формулы в этом параграфе приводятся только в СГС, формулы СИ и дальше отличаются лишь электрической постоянной )

где — коэффициент, зависящий от химического состава, концентрации, структуры (в том числе от агрегатного состояния) среды, температуры, механических напряжений и т. д. (от одних факторов более сильно, от других слабее, конечно же и в зависимости от диапазона изменений каждого), и называемый (электрической) поляризуемостью (а чаще, по крайней мере для того случая, когда он выражается скаляром — диэлектрической восприимчивостью) данной среды. Для однородной среды фиксированного состава и структуры в фиксированных условиях ее можно считать константой. Однако в связи со всем сказанным выше вообще говоря зависит от точки пространства, времени (явно или через другие параметры) и т. д.

Для изотропных [1] жидкостей, изотропных твердых тел или кристаллов достаточно высокой симметрии — просто число (скаляр). В более общем случае (для кристаллов низкой симметрии, под действием механических напряжений и т. д.) — тензор (симметричный тензор второго ранга, вообще говоря невырожденный), называемый тензором поляризуемости. В этом случае можно переписать формулу так (в компонентах):

где величины со значками соответствуют компонентам векторов и тензора, соответствующим трем пространственным координатам.

Можно заметить, что поляризуемость — одна из наиболее удобных физических величин для простой иллюстрации физического смысла тензоров и применения их в физике.

Как и для всякого симметричного невырожденного тензора второго ранга, для тензора поляризуемости можно выбрать (если среда неоднородная — то есть тензор зависит от точки пространства — то по крайней мере локально, если же среда однородная, то и глобально) т. н. собственный базис — прямоугольные декартовы координаты, в которых матрица становится диагональной, а тогда — только в этих координатах(!) — запись немного упрощается:

где — три собственных числа тензора поляризуемости.

Если все эти три собственных числа равны друг другу, значит умножение на тензор эквивалентно умножению на число, а среда изотропна (в отношении поляризуемости). (Отсюда ясно, почему кристалл с высокой симметрией не может давать анизотропии: требованиям симметрии могут удовлетворить только три одинаковых собственных числа).

В сильных полях

В достаточно сильных полях [2] всё описанное выше осложняется тем, что по мере роста напряженности электрического поля рано или поздно теряется линейность зависимости P от E.

Характер появляющейся нелинейности и характерная величина поля, с которой нелинейность становится заметной, тоже, конечно, зависит от индивидуальных свойств среды, условий итп.

Можно выделить их связь с типами поляризации, описанными выше.

Так для электронной и ионной поляризации при полях, приближающихся к величинам порядка отношения потенциала ионизации к характерному размеру молекулы U/D, характерно сначала ускорение роста вектора поляризации с ростом поля (увеличение наклона графика P(E)), затем плавно переходящее в пробой диэлектрика.

Дипольная (Ориентационная) поляризация при обычно несколько более низких значениях напряженности внешнего поля — порядка kT/p (где p — дипольный момент молекулы, T — температура, k — константа Больцмана) — то есть когда энергия взаимодействия диполя (молекулы) с полем становится сравнимой со средней энергией теплового движения (вращения) диполя — наоборот начинает достигать насыщения (при дальнейшем росте напряженности поля должен рано или поздно включиться сценарий электронной или ионной поляризации, описанный выше, и кончающийся пробоем).

В зависящем от времени поле

Зависимость вектора поляризации от быстро меняющегося во времени внешнего поля достаточно сложна. Она зависит от конкретного вида изменения внешнего поля со временем, быстроты этого изменения (или, скажем, частоты колебаний) внешнего поля, превалирующего механизма поляризации в данном веществе или среде (который тоже оказывается разным для разных зависимостей внешнего поля от времени, частот и т. д.).

При достаточно медленном изменении внешнего поля поляризация в целом происходит как в постоянном поле или очень близко к этому (впрочем то, насколько медленным должно быть для этого изменение поля, зависит, и зачастую крайне сильно, от превалирующего типа поляризации и других условий, например температуры).

Одним из наиболее распространенных подходов к изучению зависимости поляризации от характера меняющегося во времени поля является исследование (теоретическое и экспериментальное) случая синусоидальной зависимости от времени внешнего поля и зависимости вектора поляризации (также меняющегося в этом случае по синусоидальному закону с той же частотой), его амплитуды и сдвига фазы от частоты.

Каждому механизму поляризации в целом соответствует тот или иной диапазон частот и общий характер зависимости от частоты.

Диапазон частот, в котором имеет смысл говорить о поляризации диэлектриков как таковой, простирается от нуля где-то до ультрафиолетовой области, в которой становится интенсивной ионизация под действием поля.

Что такое индекс поляризации двигателя

1. ПОЛЯРИЗАЦИЯ

1.1. Основные понятия

Поляризация света — совокупность явлений волновой оптики, в которых проявляется поперечность электромагнитных световых волн.
Поперечная волна — частицы среды колеблются в направлениях, перпендикулярных направлению распространения волны (рис.1).

Рис.1 Поперечная волна

Электромагнитная световая волна плоскополяризованная (линейная поляризация), если направления колебаний векторов E и B строго фиксированы и лежат в определенных плоскостях (рис.1).
Плоскополяризованная световая волна называется плоскополяризованным (линейнополяризованным) светом.

Неполяризованная (естественная) волна — электромагнитная световая волна, в которой направления колебаний векторов E и B в этой волне могут лежать в любых плоскостях, перпендикулярных вектору скорости v [6].
Неполяризованный свет — световые волны, у которых направления колебаний векторов E и B хаотически меняются так, что равновероятны все направления колебаний в плоскостях, перпендикулярных к лучу распространения волны (рис.2).

Рис.2 Неполяризованный свет

Поляризованные волны — у которых направления векторов E и B сохраняются неизменными в пространстве или изменяются по определенному закону.
Излучение, у которого направление вектора Е изменяется хаотически — неполяризованное. Примером такого излучения может являться тепловое излучение (хаотически распределенные атомы и электроны).
Плоскость поляризации — это плоскость, перпендикулярная направлению колебаний вектора Е.
Основной механизм возникновения поляризованного излучения — рассеяние излучения на электронах, атомах, молекулах, пылинках.

1.2. Виды поляризации
Существует три вида поляризации. Дадим им определения.
1. Линейная
Возникает, если электрический вектор Е сохраняет свое положение в пространстве. Она как бы выделяет плоскость, в которой колеблется вектор Е.
2. Круговая
Это поляризация, возникающая, когда электрический вектор Е вращается вокруг направления распространения волны с угловой скоростью, равной угловой частоте волны, и сохраняет при этом свою абсолютную величину.
Такая поляризация характеризует направление вращения вектора Е в плоскости, перпендикулярной лучу зрения.
Примером является циклотронное излучение (система электронов, вращающихся в магнитном поле) [2,5].
3. Эллиптическая
Возникает тогда, когда величина электрического вектора Е меняется так, что он описывает эллипс (вращение вектора Е).
Эллиптическая и круговая поляризация бывает правой (вращение вектора Е происходит по часовой стрелке, если смотреть навстречу распространяющейся волне) и левой (вращение вектора Е происходит против часовой стрелки, если смотреть навстречу распространяющейся волне) [1, 3, 4].

Реально, чаще всего встречается частичная поляризация (частично поляризованные электромагнитные волны) [5]. Количественно она характеризуется некой величиной, называемой степенью поляризации Р, которая определяется как:
P = (Imax — Imin) / ( Imax + Imin)
где Imax , Imin — наибольшая и наименьшая плотность потока электромагнитной энергии через анализатор (поляроид, призму Николя…).
На практике, поляризацию излучения часто описывают параметрами Стокса (определяют потоки излучения с заданным направлением поляризации).

2. ПОЛЯРИЗАТОРЫ

2.1. Основные понятия
Поляризаторы — устройства, служащие для преобразования естественного света в поляризованный.
Поляризаторы обычно изготавливают из кристаллов, обладающих особыми свойствами (двулучеприломлением) [3], подробнее об этом будет рассказано далее.
Таковым является н.п. кристалл турмалина (или кварца): он пропускает световые волны с колебаниями электрического вектора Е (и соответственно, магнитного B), лежащими в какой-то одной определенной плоскости (рис.3).

Рис.3 Действие поляризатора

Убедиться в том, что свет, прошедший через кристалл оказался плоскополяризованным, можно с помощью другого кристалла турмалина, играющего роль анализатора — устройства, позволяющего обнаружить положение плоскости, в которой происходят колебания вектора E в линейно поляризованном свете (рис.4) [3, 5].

Рис.4 Действие анализатора

а) при параллельных осях кристаллов поляризатора и анализатора свет полностью проходит;
б) свет постепенно гасится, если угол между осями приближается к 90°;
в) свет полностью гасится в анализаторе.

2.2. Двупреломляющие поляризаторы
Поляризаторы обычно изготавливают из кристаллов, имеющих необычные оптические свойства, а именно — двойное лучепреломление (когда вошедший в такой кристалл луч света преломляется, то помимо преломленного обыкновенного луча, появляется еще и так называемый необыкновенный луч. Такое поведение луча света обусловлено именно особым строением некоторых кристаллов, н.п. исландского шпата или кварца) [1]. Разумеется, сами по себе кристаллы не используются в качестве поляризаторов. Из них изготавливают призмы и соединяя их в различные комбинации в зависимости от поставленной задачи, используют как поляризаторы — устройства, пропускающие свет в одном направлении, и не пропускающие в другом (в направлении, перпендикулярном направлению оптической оси кристалла).

Поляризатор характеризуется [1] такими величинами:
1) поляризующая способность (степень поляризации, которую создавал бы поляризатор, если бы падающий луч был неполяризован).
2) два главных пропускания: k1 — когда отношение Iпрошедш / Iпад максимально, где I -интенсивность прошедшей и соответственно падающей волны, и k2 — когда оно минимально. Считается очень хорошими показатели k1=1 и k2= 0.

Приведем несколько примеров таких двупреломляющих поляризаторов. Конечно, существует много различных вариантов комбинаций призм, которые конструируются под конкретные задачи, но можно сказать, что описанных выше призм для ознакомления достаточно [1, 4].

1) Призма Аренса
Была придумана в 1886 г. и состоит из 3-х призм исландского шпата.
Р=0,99999, где Р — поляризующая способность. Особенность: имеет большой рабочий интервал углов, высокая линейная апертура (относительно длины). Используется в поляризационных микроскопах.

2) Призма Волластона
Особенность: на выходе получаем два ортогонально поляризованных пучка.
А именно: падающий луч делится призмой на две поляризованные компоненты и обе пропускает в разные стороны. Применяется в астрономии.

3) Призма Глана-Фуко
Особенность: состоит из двух призм, отделенных друг от друга воздушным зазором. Оптические оси перпендикулярны падающему пучку
света и верхней грани. Применяется для ультрафиолетового, инфракрасного и видимого диапазонов.

4) Призма Тейлора модифицированная призма Глана-Фуко.
Оптические оси обеих призм параллельны верхней грани и той, которая является входной.

5) Призма Николя
Это скорее классический пример, о котором стоит упомянуть, но рассматривать подробнее не будем, так как призма Николя уже не используется, в виду наличия более эффективных устройств.

3. ПОЛЯРОИДЫ
3.1. Понятие «поляроид»
Первый поляроид был изобретен Лендом в 1938 г [1]. Поляроиды чаще применяются на практике, т.к. они удобны в обращении и сравнительно недорого стоят. Собственно говоря, поляроид — это пленка, имеющая преимущественное направление, обычно зажатая между двумя стеклышками (для защиты от механических повреждений) [6].

3.2. Виды поляроидов [1]
1) Н-тип
Прозрачный плоский полимерный материал, состоящий из полимерных молекул, имеющих преимущественное направление, окрашен веществом, обеспечивающим дихроизм пленки.
Производится из содержащей йод пленки поливинилового спирта, растянутой в одном направлении. Обладает высокой поляризующей способностью и большим значением наибольшего главного пропускания k1, в широком диапазоне. Двойное преломление. Портится при T=80° К. Чаще всего используется HN-32.
2) Цветной дихроичный поляроид
Растянутая пленка, содержащая ориентированные молекулы цветного красителя. Используется в корректирующих свет фильтрах при цветной фотографии.
3) HR-тип
Используется в астрономии, для близкой инфракрасной области. Имеет интенсивную область поглощения (1,5 мк) и обладает дихроизмом.
Область применения (0,7- 2,3 мк). Нормальное применение при Т=65° С , короткое применение возможно при Т=90° С.
Состоит из того же, что Н-тип.
Существует много типов поляроидов, н.п. К-тип, L-тип, J-тип, но они редко используются.

4. ПОЛЯРИМЕТРИЯ

4.1. Понятие «поляриметрия»
Поляриметрия — область измерений углов вращения плоскости поляризации, производимого различными веществами (естественная оптическая активность и активность под действием магнитного поля). На основании этих измерений оценивают различные свойства, состав или молекулярную структуру исследуемых веществ [3, 4].
Эффективным методом изучения верхних слоев атмосфер планет является исследование их поляризованного излучения. Именно астрофизический метод исследований поляриметрия и позволяет получить информацию о физических характеристиках источника поляризованного излучения: о величине и геометрии магнитного поля в источнике, его химический состав, форму и размер рассеивающих излучение частиц, степень однородности яркости источника (для звезд).

4.2. Классификация поляриметров
По типу поляризации поляриметры делятся на 3 типа:
1) для измерения угла вращения плоскости поляризации линейно поляризованного света (плоскости, проходящей через электрический вектор Е и направление распространения электромагнитной волны);
2) эллипсометры — для определения параметров эллиптически поляризованного света;
3) для определения степени поляризации.

По назначению поляриметры делятся на 2 типа:
1) (анализатор) для исследования поляризованного излучения, падающего на поляриметр;
2) (анализатор + поляризатор) для исследований изменений в состоянии поляризации в результате взаимодействия с веществом (аналитические приборы).
По способу измерения на 2 группы: визуальные и фотоэлектрические.
Основное условие правильной работы поляриметра — постоянство распределения яркости на всем поле зрения независимо от изменений потока излучения источника [5].

4.3. Аппаратура и методика поляризационных измерений
Задача определения параметров поляризованного излучения сводится к оценке интенсивности излучения, пропущенного через соответствующее оптическое устройство [5]. Значит она фактически фотометрическая. Если к фотометру добавить анализатор поляризации, то получится поляриметр [2].
Поляриметрия делится на три типа:
1) Визуальная
Устройство поляриметра и характер методики определяется исходя из способностей глаза с большой точностью определять равенство или неравенство двух соседних фотометрических полей и непригодности его для количественных оценок их различия. Оценка яркости путем выравнивания фотометрических полей.
Примеры использования: поляриметр Корню, полярископ Савара; Лио, Дольфюс — полярим. исследования Луны и планет. Визуальная поляриметрия сейчас практически не используется, т.к. является достаточно неточной [5].
2) Фотографическая
Фотографический телескоп, в котором перед пластинкой, или если позволяют размеры, перед объективом, в специальной оправе, допускающей вращение по позиционному углу, установлен анализатор-поляроид. Калибруются последовательно полученные снимки при изменении положения анализатора от снимка к снимку. Можно также использовать агрегат из 3-х камер, чтоб получать одновременно снимки.
Этот тип поляриметрии применяется при наблюдениях: солнечной короны и комет, звезд (относительно звезд сравнения с известной поляризацией ), протяженные источники (туманности) с помощью двухэтажной кассеты Домбровского (имеем одновременно изображение объекта и фона, что дает нам возможность получить внефоновое изображение звезды).
Используя двулучевой анализатор мы получим 2-а изображения, поляризованные в 2-х перпендикулярных плоскостях.
Недостатки: 1) при использовании однолучевого анализатора, реально используется лишь часть светового потока, собираемого телескопом;2) снимки могут получиться разными (н.п. из-за изменений условий фотографирования).
С помощью фотографической поляриметрии проводятся исследования в основном обзорного характера [5].
3) Фотоэлектрическая
Самый распространенный и точный метод. Фотоэлектрические приборы по методу регистрации фототока делятся на приборы с усилением постоянного либо переменного тока и работающие в режиме счета фотонов. Делается три оценки фототока при 3-х положениях анализатора. Степень поляризации светового пучка в таком случае равна разности фототока при перпендикулярных положениях анализатора.
В режиме счета фотонов внутреннее усиление приемника так велико, что амплитуда вызываемого отдельными фотоэлектронами сигнала превосходит его флуктуации, обусловленные большинством источников шума.
С помощью такой методики можно наблюдать слабые объекты — звезды, туманности, галактики [5].

4.4. Параметры Стокса
Параметры Стокса определяют состояние поляризации волны. Чтобы ввести их, вспомним, что поляризацию определяют по ориентации вектора Е в волне, а монохроматическая волна (вдоль оси z-направление распространения) описывается составляющими колебаний в ортогональных плоскостях xz и yz.
Параметры Стокса вводятся как такие величины [2]:
I = Sqr (А(х) ) + Sqr (А(у))
Q = Sqr (А(х)) — Sqr(А(у))
U = 2 А(х)* А(у) cos
V = 2 А(х)* А(у) sin
Где A (x), A (y) — амплитуды колебаний в плоскостях xz и yz;
I — интенсивность
Q — параметр преимущественной горизонтальной поляризации
U — параметр преимущественной поляризации под углом 45
V — параметр правоциркулярной поляризации

На практике используются следующее выражение для степени поляризации:
P = (Q + U)*0.5 / I; P= (I1 — I2)/ (I1 + I2); Q= I1-I2
где I1,I2 — интенсивности в 2-х положениях анализатора (вдоль и перпендикулярно колебаниям).

1. Шерклифф У. Поляризованный свет,1965г.
2. Уокер Г. Астрономические наблюдения.
3. Волкова Е.А. Поляризационные измерения,1974г.
4. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Оптика атмосферного аэрозоля, 1987г.
5. Пулковский курс звездной астрофизики и звездной астрономии, т.1, 1973г.
6. Физика космоса: Маленькая энциклопедия /Редкол.: Р. А. Сюняев (Гл. ред.) и др. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Сов. энциклопедия,1986. — С.783, ил. — (Биб. серия).
7. Лансберг. Оптика

Направление поляризации

Направление поляризации

Вектор напряженности электромагнитной волны E, поляризованной эллиптически, вращается в плоскости декартовой системы координат в направлении распространения волны и видится наблюдателю в форме спирали. Такие условия часто принимаются в технической литературе.

Любое состояние поляризации волны можно разделить на две линейно поляризованные ортогональные компоненты, ориентированные вдоль осей х и у. Если амплитуды обеих компонент равны, а фазовый сдвиг у-компоненты относительно х-компоненты равен ± π/2, то такое излучение поляризовано циркулярно. Знак фазового сдвига определяет направление вращения. За вращение по часовой стрелке (правая круговая поляризация (рис. 1)) отвечает фазовый сдвиг – π/2, соответственно, вращение против часовой стрелки или левая круговая поляризация (рис. 2), задается фазовым сдвигом + π/2.


Рисунок 1. Правая круговая поляризация


Рисунок 2. Левая круговая поляризация

На рис. 1 и рис. 2 проиллюстрирована проекция вращения вектора напряженности поля Е на виртуальном экране. Окружность формируется при каждом вращении вектора напряженности поля Е по часовой стрелке (или против часовой стрелки), соответственно.

Генерация циркулярно поляризованного света

Круговой поляризацией света называется состояние поляризации света, которое получается в результате прохождения линейно поляризованной волны через четвертьволновую пластину. Удобно описывать это состояние математически с помощью матриц.

Под вектором Джонса принимается описание направления поляризации света, матрица Джонса описывает четвертьволновую пластину.

Матрица Джонса, описывающая четвертьволновую пластину, медленная ось которой ориентирована вдоль оси х, принимает вид:

(1)

где e iπ /4 – коэффициент фазы (практически во всех случаях может быть опущен).

Вектор Джонса, описывающий вектор линейной поляризации, ориентированный под углом + 45°, записывается как:

(2)

Когда линейно поляризованный свет проходит через четвертьволновую пластину, вектор Джонса для излучения на ее выходе вычисляется как:

(3)

Соотношение справедливо для света с правой круговой поляризацией. Иллюстрация, приведенная на рис. 3, показывает случай, когда быстрая и медленная оси четвертьволновой пластины сонаправлены с осями х и у в декартовой системе координат. Фиолетовый вектор показывает ориентацию линейной поляризации падающей под углом + 45° волны. Красный и синий векторы – ортогональные компоненты вектора напряженности в фазе. x-компонента (синий) сонаправлена с медленной осью волновой пластины. Скорость перемещения этой компоненты ниже скорости перемещения у-компоненты (красный), сонаправленной с быстрой осью пластины. Прохождение сквозь волновую пластину задерживает фазу х-компоненты. Величина замедления зависит от толщины пластины, для четвертьволновой пластины фазовый сдвиг равен – π/2 При таком сдвиге фаз результатом является правая круговая поляризация. Вектор напряженности поля Е вращается по часовой стрелке по ходу распространения волны вдоль оси z.


Рисунок 3. Генерация право циркулярно поляризованного света

Когда падающий свет поляризован линейно, а вектор поляризации ориентрирован под углом – 45 о , вектор Джонса принимает следующий вид:

(4)

Вектор Джонса излучения на выходе четвертьволновой пластины описывается соотношением:

(5)

Выходное излучение характеризуется левой круговой поляризацией. Данный случай проиллюстрирован на рис. 4. Волновая пластина ориентирована так же, как и на рис. 3, фиолетовый вектор также обозначает ориентацию вектора линейной поляризации падающего света. При этом разность фаз между х— и у-компонентами вектора напряженности поля Е отсутствует. Ориентация вектора поляризации под углом – 45 о означает азимутальное вращение. Красный вектор указывает на положительное направление оси у, синий – на отрицательное направление оси х. Прохождение сквозь пластину добавляет компоненте, сонаправленной с медленной осью, сдвиг фазы + π/2 относительно фазы компоненты, сонаправленной с быстрой осью пластины. Выходное излучение обладает левой круговой поляризацией и вектор Е вращается против часовой стрелки по ходу распространения волны вдоль оси z.


Рисунок 4. Генерация лево циркулярно поляризованного света

Векторы и матрицы Джонса

Приведенные таблицы содержат информацию о видах векторов и матриц Джонса для стандартных оптических компонентов в зависимости от состояния поляризации.

Таблица 1. Векторы Джонса

Таблица 2. Матрицы Джонса для стандартной оптики

Оптический элемент Матрица Джонса
Горизонтальный линейный поляризатор
Вертикальный линейный поляризатор
Линейный поляризатор, + 45 о
Линейный поляризатор, – 45 о
Четвертьволновая пластина, медленная ось ориентирована горизонтально
Четвертьволновая пластина, медленная ось ориентирована вертикально

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ

голоса
Рейтинг статьи
Читать еще:  Энергоэффективность двигателя что это
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector