Πέρα από τη φωτεινότητα και το χρώμα, το φως έχει μια άλλη συναρπαστική ιδιότητα: την πόλωση.Και οι πλάκες κυμάτων χρησιμεύουν ως τα μαγικά ραβδιά που χειρίζονται την κατάσταση πόλωσης του φωτός.Αυτό το άρθρο διερευνά τις αρχές λειτουργίας, τους τύπους και τις ποικίλες εφαρμογές των πλακών κυμάτων, ανοίγοντας νέους ορίζοντες στον οπτικό έλεγχο.
Η αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και ύλης μοιάζει με έναν περίπλοκο φυσικό χορό.Καθώς το φως ταξιδεύει μέσα από υλικάΗ διπλή ακτινοβολία εμφανίζεται ως μια συναρπαστική παραλλαγή σε αυτόν τον χορό.που εμφανίζονται όταν τα υλικά παρουσιάζουν διαφορετικούς δείκτες διάθλασης για διαφορετικές κατευθύνσεις πόλωσης.
Σε ορισμένους κρυστάλλους με τακτικές ατομικές διευθετήσεις, διαφορετικές κατευθύνσεις ηλεκτρικών διανυσμάτων συναντούν διακριτές συχνότητες συντονισμού.Αυτό δημιουργεί διαφορετικούς δείκτες διάθλασης για διαφορετικές κατευθύνσεις πόλωσηςΣε αντίθεση με τη διασπορά, η διπλή αμβλυσματικότητα μπορεί να αποφευχθεί χρησιμοποιώντας μη κρυσταλλικά υλικά ή κρυστάλλους με απλή συμμετρία.Μπορούμε επίσης να αξιοποιήσουμε την διπλή αμβλύση για να αλλάξουμε σκόπιμα την κατάσταση πόλωσης του φωτός μέσω διπλής αμβλύσης πλακών κυμάτων., γνωστοί και ως καθυστερημένοι.
Η ουσία των πλακών κυμάτων έγκειται στην μοναδική κρυστάλλινη δομή τους.όπου τα κύματα φωτός επιτυγχάνουν μέγιστη ταχύτητα φάσης.
Όταν περιστρέφεται η γραμμική πόλωση κατά 90°, το φως συναντά τον μέγιστο δείκτη διάθλασης και την ελάχιστη ταχύτητα φάσης (τον αργό άξονα).αν ο γρήγορος άξονας δείχνει 22⁄3 μήκη κύματος ενώ ο αργός άξονας δείχνει 4, η αναλογία του δείκτη διάθλασης θα ήταν 2:3 (υπερβολική για λόγους σαφήνειας).
Η σταθερά της φάσης εξάπλωσης (k) ισούται με 2πfn/c ακτίνες/μέτρο, όπου f είναι η συχνότητα, n είναι ο δείκτης διάθλασης και c είναι η ταχύτητα του φωτός.Το φως που περνά μέσα από έναν κρύσταλλο μήκους L υφίσταται μετατόπιση φάσης φ = 2πfnL/cΗ διαφορά μεταξύ των μεταβολών φάσης κατά μήκος των ταχείων και των αργών άξων καθορίζει την καθυστέρηση (Γ = 2πf ((nαργά- nΓρήγορα) L/c), συνήθως μετριέται σε μονάδες μήκους κύματος και όχι σε ραδιάνια.
Μεταξύ των πλακών κυμάτων, οι πλακές μισού κύματος (Γ = π) και τέταρτου κύματος (Γ = π/2) είναι οι πιο κοινές.η πόλωση του περιστρέφεται κατά 2θΑυτό αποδεικνύεται ανεκτίμητο για τη ρύθμιση της πόλωσης του λέιζερ, ειδικά με μεγάλα ακίνητα λέιζερ.
Για να ευθυγραμμίσετε μια πλάκα με μισό κύμα, χρησιμοποιήστε πρώτα έναν πόλαριο για να βρείτε την εξαφάνιση (οριζόντια πόλωση), στη συνέχεια εισάγετε την πλάκα και περιστρέφετε μέχρι να παραμείνει η εξαφάνιση, σηματοδοτώντας έναν άξονα.Επιστροφή 45 ° από αυτή τη θέση παράγει 90 ° στροφή πόλωσηΓια άλλες γωνίες, περιστρέψτε την πλάκα κατά το ήμισυ της επιθυμητής γωνίας περιστροφής.
Οι πλάκες των τετάρτων κυμάτων μετατρέπονται μεταξύ γραμμικής και κυκλικής πόλωσης όταν το εισερχόμενο φως κάνει 45° με οποιονδήποτε άξονα.δημιουργώντας ένα σπειροειδές ηλεκτρικό μοτίβο διανυσματικού ρεύματος ̇ δεξιά ή αριστερή κυκλική πόλωση ανάλογα με τον προσανατολισμό.
Η ευθυγράμμιση αντικατοπτρίζει τη διαδικασία της πλάκας μισού κύματος: χρησιμοποιήστε έναν πόλωση για να βρείτε την εξαφάνιση, εισαγάγετε την πλάκα του τέταρτου κύματος, περιστρέψτε για να διατηρήσετε την εξαφάνιση, στη συνέχεια περιστρέψτε 45 °.Η τέλεια κυκλική πόλωση δείχνει σταθερή ένταση μέσω ενός περιστρεφόμενου πόλωσηΗ μεταβαλλόμενη ένταση δείχνει ελλειπτική πόλωση, υποδηλώνοντας ασυμφωνία μήκους κύματος.
Άλλες τιμές καθυστέρησης γενικά παράγουν ελλειπτική πόλωση, εκτός από λ / 2, η οποία διατηρεί γραμμική πόλωση σε 2θ.Οι πλάκες τετάρτου κύματος δημιουργούν τέλεια κυκλική πόλωση μόνο σε ακρίβεια 45°..
Οι πλάκες κυμάτων εξυπηρετούν κυρίως δύο λειτουργίες: περιστρεφόμενα επίπεδα πόλωσης (μισό κύμα) και δημιουργία κυκλικής πόλωσης (τέταρτο κύμα).Οι πλάκες τετάρτου κύματος μετατρέπουν επίσης την κυκλική πίσω σε γραμμική πόλωση αντιστρέφοντας την κατεύθυνση του φωτός.
Στα οπτικά συστήματα απομόνωσης, οι πλάκες τετάρτου κύματος σε συνδυασμό με πόλωση εξαλείφουν τις ανεπιθύμητες αντανακλάσεις.Καθαρίζουν επίσης την πόλωση σε συστήματα με πολλαπλές αντανακλάσεις καθρέφτη που μπορεί να προκαλέσουν ελλειπτική πόλωσηΟι πλάκες πλήρους κύματος μπορούν να διορθώσουν την ελλειψία με προσεκτική κλίση.
Ενώ πολλοί φυσικοί κρύσταλλοι παρουσιάζουν διπλή αμβλυσματικότητα, οι πρακτικές πλάκες κυμάτων χρησιμοποιούν συχνά υλικά όπως ασβέστιο ή κρυσταλλικό χαλαζία.Οι μεγάλες διαφορές του δείκτη διάθλασης τους θα απαιτούσαν απρακτικά λεπτές πραγματικές πλάκες μισού κύματοςΟι εναλλακτικές λύσεις περιλαμβάνουν την διπλή αμβλυσματικότητα που προκαλείται από άγχος σε πολυμερή ή σε πλακέτες κυμάτων πολλαπλών τάξεων, ή σε παχύτερα συστατικά που λειτουργούν ως πλακέτες μισού κύματος μόνο σε συγκεκριμένα μήκη κύματος.
Οι αληθινές πλάκες κύματος μηδενικής τάξης συνδυάζουν δύο καθυστερητές με διαφορά μισού κύματος (γρήγορα ευθυγραμμισμένα με αργό άξονα), ελαχιστοποιώντας το μήκος κύματος και την ευαισθησία θερμοκρασίας.Αχρωματικές πλακέτες κυμάτων με χρήση του κουάρτζου-MgF2Τα στρώματα ανάμεσα στα παράθυρα με επικάλυψη AR προσφέρουν ανώτερη απόδοση.
Οι αντισταθμιστές Berek, που αναπτύχθηκαν το 1913, χρησιμεύουν ως ρυθμιζόμενες πλάκες κυμάτων ρυθμιζόμενες από 200-2800 nm με περιστρεφόμενες πλάκες ασβεστίου ή φθοριούχου μαγνησίου.Αυτοί οι μεταβλητοί καθυστερητές μειώνουν σημαντικά τον αριθμό των πλακών αντιστάθμισης που απαιτούνται για ποσοτική πόλωση μικροσκόπησης φωτός.