Призмы и ромбы, отражательные фазовые замедлители

Поскольку почти все детекторы обладают поляризационной чувствительностью, перед детектором необходимо разместить деполяризатор, чтобы исключить его зависимость от поляризации падающего излучения и тем самым повысить точность. Принцип деполяризации заключается в преобразовании света, изначально обладающего только определенным направлением поляризации, в смешанное состояние, содержащее различные случайные направления поляризации, тем самым устраняя поляризационные характеристики. Существует три метода достижения деполяризации: путем изменения состояния поляризованного света по «времени», «пространству» или «длине волны». Двулучепреломляющий кристаллический деполяризатор использует свое «свойство расщепления луча» для полного нарушения упорядоченного выравнивания поляризованного света в пространстве, достигая деполяризации — то есть преобразования поляризованного света обратно в неполяризованный. Вместо «устранения» поляризации он «нейтрализует» ее. Основной принцип прост: он расщепляет изначально однонаправленный поляризованный свет на бесчисленное множество лучей с различной ориентацией, которые затем смешиваются, в результате чего получается свет, который, кажется, не имеет фиксированного направления. 1. Многоцветный деполяризатор света Деполяризатор Лиота — это типичный полихроматический (белый свет) деполяризатор, доступный в однопластинчатой ​​и двухпластинчатой ​​конфигурациях. Однопластинчатый полихроматический деполяризатор обеспечивает оптимальную деполяризацию, когда плоскость колебаний падающего поляризованного света образует угол 45° с оптической осью. Эффективность двухпластинчатого деполяризатора не зависит от плоскости поляризации падающего света, что делает его более практичным; его структура показана на рисунке 1. Этот деполяризатор состоит из двух двулучепреломляющих кристаллов с соотношением толщин 2:1, оптические оси которых ориентированы под углом 45° друг к другу. Вся конструкция изготавливается путем склеивания или инкапсуляции двух кристаллических пластин оптическим клеем. Принцип его работы заключается в том, что падающий свет разных длин волн испытывает различные фазовые задержки после прохождения через двулучепреломляющие элементы, в результате чего образуется эллиптически поляризованный свет с различной эллиптичностью. Конечный выходной луч представляет собой случайную комбинацию поляризаций с различной эллиптичностью, что и обеспечивает деполяризацию.     Рисунок 1. Деполяризатор Лиота.   Деполяризатор Лиота обладает превосходной совместимостью, что позволяет ему работать с различными источниками света и демонстрирует значительную практическую ценность в таких областях применения, как гироскопы и оптические датчики. Однако этот деполяризатор имеет определенные ограничения: он эффективен только в условиях широкого спектра падающего света и обеспечивает субоптимальную деполяризацию для монохроматического света. Эффективность деполяризации деполяризатора Лиота зависит от рабочей длины волны, материала, угла оптической оси и угла клина призмы.   2. Монохроматический деполяризатор света   По сравнению с многоцветными деполяризаторами света, монохроматические деполяризаторы света имеют более широкий спектр применения в некоторых аспектах, поскольку они, как правило, хорошо справляются с деполяризацией многоцветного света. В качестве псевдодеполяризатора может использоваться одна четвертьволновая пластина. Для квазиплоскостно поляризованного монохроматического света, используемого исключительно для измерения интенсивности, его характеристики вполне удовлетворительны; он эффективно снижает ошибки, вызванные поляризационной чувствительностью фотодетекторов, обеспечивая надежность результатов измерений. Наиболее распространенным типом монохроматического деполяризатора света является клиновидный деполяризатор, как показано на рисунке 2. Рисунок 2. Одиночный оптический клиновидный деполяризатор. Когда падающий свет проходит через деполяризатор, он расщепляется на O-свет и E-свет. Из-за различной скорости распространения через кристалл два пучка демонстрируют отчетливые фазовые различия в разных положениях на выходе. Фаза соответственно изменяется с изменением толщины кристалла. Излучаемый свет претерпевает периодические переходы между линейно поляризованным, эллиптически поляризованным и циркулярно поляризованным состояниями, как показано на рисунке 3. Ключевое различие между светом, выходящим из деполяризатора, и естественным светом заключается в их поляризационных состояниях: первый сохраняет постоянное поляризационное состояние в каждом положении на выходе, тогда как второй демонстрирует случайные поляризационные состояния в разных положениях. Рисунок 3: Траектория поляризации излучаемого света в зависимости от положения. Недостатки этого деполяризатора столь же очевидны. Во-первых, угол оптического клина должен быть достаточно малым; в противном случае это приводит к расходимости и отклонению луча. Во время работы расстояние между деполяризующим устройством и приемным устройством не должно быть чрезмерным, поскольку это ухудшает производительность. Во-вторых, эффективная деполяризация линейно поляризованного света может быть достигнута только тогда, когда падающий свет перпендикулярен и его плоскость поляризации образует угол 45 градусов с оптической осью деполяризатора. Эти ограничения подчеркивают недостатки деполяризующих устройств в элементарных структурах. Структурные различия между полихроматическими и монохроматическими деполяризаторами соответствуют различным переменным в формуле расчета фазовой задержки. Фазовая задержка δ рассчитывается по следующей формуле: Здесь λ обозначает длину волны падающего света, n₀ — показатель преломления света o, nₐ — показатель преломления света e, а d обозначает толщину двулучепреломляющего кристалла. Полихроматический деполяризатор света имеет структуру параллельных пластин постоянной толщины d; поскольку полихроматический свет содержит длины волн из разных спектральных диапазонов, их длины волн (λ₁, λ₂,..., λₙ) изменяются, что приводит к отчетливым фазовым сдвигам. В отличие от этого, монохроматический деполяризатор света, разработанный для монохроматического падающего света, использует двулучепреломляющие материалы с различной толщиной (d₁, d₂,..., dₙ), обеспечивая, что компоненты o- и e-поляризации в разных положениях на выходной поверхности демонстрируют отчетливые фазовые сдвиги, что позволяет изготавливать клиновидные структуры.   3. Круговой детектор округления При исследовании явлений кругового двулучепреломления или дихроизма часто необходимо деполяризовать кругово поляризованный свет. Наиболее прямой подход включает в себя сначала преобразование кругово поляризованного света в линейно поляризованный свет с помощью четвертьволновой пластины, а затем деполяризацию монохроматического линейно поляризованного света.