Поляризационные призмы

Поляризационные призмы, один из классов призм оптических. П. п. служат линейными поляризаторами — с их помощью получают линейно поляризованное оптическое излучение (см. Поляризация света). Обычно П. п. состоят из 2 или более трёхгранных призм, по меньшей мере одна из которых вырезается из оптически анизотропного (см. Оптическая анизотропия) кристалла. Конструктивно П. п. выполняют так, что проходящее через них излучение должно преодолеть наклонную границу раздела 2 сред, на которой условия преломления света для компонент светового пучка, поляризованных в 2 взаимно перпендикулярных плоскостях, резко различаются. В частности, для одной из этих компонент на границе раздела могут выполняться условия полного внутреннего отражения, в результате чего через П. п. проходит лишь др. компонента. Таковы, например, широко распространённые П. п. Николя (часто называют просто николями, рис. 1) и Фуко (рис. 2), в которых пропускается необыкновенный луч е (см. Двойное лучепреломление, Кристаллооптика), а отсекается — поглощается или выводится в сторону — обыкновенный луч о. Подобные П. п. называют однолучевыми. Двухлучевые П. п. пропускают обе взаимно-перпендикулярно линейно поляризованные компоненты исходного пучка, пространственно разделяя их. Чаще всего П. п. изготовляют из исландского шпата СаСОз, прозрачного в диапазоне длин волн l = 0,2—2 мкм, и кристаллического кварца SiO₂, прозрачного при l = 0,185—3,5 мкм.

  Трёхгранные призмы, из которых состоят однолучевые П. п., часто склеивают прозрачным веществом с преломления показателем (ПП) n, близким к среднему значению ПП обыкновенного (n_o) и необыкновенного (n_e) лучей. Клеющими веществами служат канадский бальзам, глицерин, касторовое и льняное масла и др. Во многих П. п. их части разделены не клеем, а воздушной прослойкой, что снижает потери на поглощение при высоких плотностях излучения и даёт ряд преимуществ при работе в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Используют также прослойки из плавленого кварца. Применяют П. п., в которых кристаллическая пластинка вклеена между двумя призмами из стекла, ПП которого близок к большему ПП кристалла (рис. 3). В таких П. п. проходит обыкновенный луч, а отражается необыкновенный. Для того чтобы один из лучей претерпевал на границе раздела (склейки) полное внутреннее отражение, выбираются определённые значения преломляющих углов трёхгранных призм и, как правило, определённые ориентации оптических осей кристаллов, из которых они вырезаны. Такое отражение происходит, если углы падения лучей на П. п. не превышают некоторых предельных углов I₁ и I₂ (см., например, рис.(рисунок) 4 — П. п. Глана — Томсона). Сумма l₁ + I₂ называется апертурой полной поляризации П. п.; её величина существенна при работе с П. п. в сходящихся пучках излучения.

  В П. п. со скошенными гранями (Николя, Фуко и др.) проходящий луч испытывает параллельное смещение, поэтому при вращении призмы вокруг луча последний также вращается. От этого и некоторых иных недостатков таких П. п. свободны П. п. в форме прямоугольных параллелепипедов: Глана — Томсона, Глана (рис. 5), Глазебрука (рис. 6), Франка — Риттера (рис. 7) и пр.

  Из двухлучевых П. п. наиболее распространены П. п. Рошона, Сенармона, Волластона и некоторые др. (рис. 8). Один из двух пропускаемых лучей в П. п. Рошона и Сенармона не меняет своего направления, другой (необыкновенный) отклоняется на угол q (его величина ~5—6°), сильно зависящий от длины волны света: q = (n₀ — n_e) tga, где a — преломляющий угол трёхгранных призм. П. п. Волластона даёт удвоенный угол расхождения лучей 2q (около 10°), причём при перпендикулярном падении отклонения лучей симметричны; эта П. п. применяется в поляризационных фотометрах, спектрофотометрах и поляриметрах. Угол а в П. п. из исландского шпата близок к 30°, из кристаллического кварца — к 60°.

  Для П. п., как правило, характерны незначительная апертура полной поляризации, высокая стоимость и относительно большие размеры. Они требуют аккуратного обращения, но практически лишены хроматической аберрации, незаменимы при работе в УФ области спектра и в мощных потоках оптического излучения и позволяют получать однородно поляризованные пучки, степень поляризации которых лишь на ~10^-5 отличается от 1.

  Лит. см.(смотри) при ст. Поляризационные приборы, Поляризация света.

  В. С. Запасский.

Рис. 5. Поляризационная призма Глана. А В — воздушный промежуток. Точки на обеих трёхгранных призмах указывают, что их оптические оси перпендикулярны плоскости рисунка. Обозначения при лучах те же, что и на рис.(рисунок) 1.

Рис. 2. Укороченная поляризационная призма Фуко с воздушным промежутком. Обозначения те же, что и на рис.(рисунок) 1.

Рис. 7. Поляризационная призма Франка — Риттера (клей — канадский бальзам): а — вид сбоку; б — вид по ходу луча. Оптические оси кристаллических прямоугольных призм направлены под углом 45° к плоскости рисунка а и под углом 90° к плоскости колебаний электрического вектора необыкновенного луча (его плоскости поляризации).

Рис. 4. Предельные углы падения I₁ и l₂ лучей на поляризационную призму Глана — Томсона. Обозначения при лучах те же, что и на рис.(рисунок) 1. Клеем служит канадский бальзам (апертура полной поляризации e = l₁ + I₂ = 27,5°) или льняное масло (e = 41°). Угол a = 76,5°.

Рис. 1. Призма Николя. Штриховка указывает направление оптических осей кристаллов в плоскости чертежа. Направления электрических колебаний световых волн указаны на лучах стрелками (колебания происходят в плоскости рисунка) и точками (колебания перпендикулярны плоскости рисунка). O и е — обыкновенный и необыкновенный лучи. Чернение на нижней грани призмы поглощает полностью отражаемый от плоскости склейки обыкновенный луч. Клей — канадский бальзам.

Рис. 8. Двухлучевые поляризационные призмы: а — призма Рошона; б — призма Сенармона; в — призма Волластона; г — призма из исландского шпата и стекла; д — Аббе. Штриховка указывает направление оптических осей кристаллов в плоскости рисунка. Точки означают, что оптическая ось перпендикулярна плоскости рисунка. Стрелки и точки на лучах указывают направления колебаний электрического вектора.

Рис. 6. Поляризационная призма Глазебрука. Обозначения при лучах те же, что и на рис.(рисунок) 1. При склейке в плоскости АВ канадским бальзамом угол a = 12,1°, льняным маслом — 14°, глицерином — 17,3°. Оптические оси кристаллов обеих прямоугольных призм перпендикулярны плоскости рисунка (помечено точками).

Рис. 3. Линейный поляризатор (поляризационная призма) из стекла и исландского шпата. Точки в прослойке шпата указывают, что его оптическая ось перпендикулярна плоскости рисунка. Остальные обозначения те же, что и на рис.(рисунок) 1.