1. Поляроидные пленки (Dichroic Polarizers):

   • Принцип действия: Поляроидные пленки работают на основе дихроизма – избирательного поглощения света в зависимости от направления его поляризации.

   • Структура: Они состоят из тонкой полимерной пленки (обычно поливинилового спирта, PVA), в которой выровнены длинные молекулы органического красителя (например, йода). Молекулы красителя ориентированы таким образом, чтобы эффективно поглощать свет, поляризованный параллельно их ориентации, и пропускать свет, поляризованный перпендикулярно.

   • Преимущества:

     • Дешевые и простые в изготовлении.

     • Доступны в больших размерах.

   • Недостатки:

     • Ограниченная степень поляризации (не весь свет полностью поляризуется).

     • Некоторые поляроидные пленки могут быть чувствительны к температуре и влажности.

     • Поглощают часть света, уменьшая интенсивность прошедшего света.

   • Применение:

     • Солнцезащитные очки.

     • ЖК-дисплеи (LCD).

     • Фотография.

     • Поляризационные микроскопы (в основном, более простые и учебные модели).

2. Призмы Волластона (Wollaston Prism):

   • Принцип действия: Призма Волластона работает на основе двойного лучепреломления в анизотропном кристалле (обычно кальците, CaCO₃).

   • Структура: Она состоит из двух клиньев, вырезанных из кристалла кальцита, склеенных вместе. Оптические оси клиньев ориентированы перпендикулярно друг другу.

   • Работа: Неполяризованный свет, входящий в призму, разделяется на два луча с ортогональными поляризациями (обыкновенный и необыкновенный). Эти лучи распространяются в разных направлениях из-за разницы в показателях преломления. Угол между лучами зависит от угла клиньев и длины волны света.

   • Преимущества:

     • Обеспечивает высокую степень поляризации.

     • Может использоваться в широком диапазоне длин волн.

     • Лучи разнесены в пространстве, что удобно для некоторых применений.

   • Недостатки:

     • Более дорогие и сложные в изготовлении, чем поляроидные пленки.

     • Ограниченный размер апертуры.

   • Применение:

     • Поляризационная микроскопия (для получения двух изображений с разной поляризацией).

     • Спектроскопия.

     • Оптические модуляторы.

     • Интерферометры.

3. Призмы Николя (Nicol Prism):

   • Принцип действия: Призма Николя также использует двойное лучепреломление в кристалле кальцита.

   • Структура: Она состоит из двух частей кристалла кальцита, вырезанных и склеенных вместе с помощью канадского бальзама (прозрачного клея). Угол среза и показатель преломления канадского бальзама подобраны таким образом, чтобы один из лучей (обыкновенный) полностью отражался на границе раздела и выводился из призмы, а другой луч (необыкновенный) проходил через призму без изменения направления.

   • Работа: Неполяризованный свет, входящий в призму, разделяется на два луча. Обыкновенный луч испытывает полное внутреннее отражение и поглощается. Необыкновенный луч, поляризованный в определенной плоскости, проходит через призму.

   • Преимущества:

     • Обеспечивает высокую степень поляризации.

     • Исторически важный поляризатор (один из первых высококачественных поляризаторов).

   • Недостатки:

     • Относительно дорогой и сложный в изготовлении.

     • Ограниченный размер апертуры и поля зрения.

     • Не может использоваться для высоких интенсивностей света (канадский бальзам может разрушаться).

   • Применение:

     • Поляризационная микроскопия (исторически, сейчас чаще используются другие типы поляризаторов).

     • Поляриметрия.

     • Оптические приборы, требующие высокой степени поляризации.

Сравнение:

Характеристика	Поляроидные пленки	Призмы Волластона	Призмы Николя
Принцип действия	Дихроизм	Двойное лучепреломление	Двойное лучепреломление
Степень поляризации	Ограниченная	Высокая	Высокая
Диапазон длин волн	Ограниченный	Широкий	Ограниченный
Стоимость	Низкая	Высокая	Высокая
Простота изготовления	Простая	Сложная	Сложная
Размер апертуры	Большой	Ограниченный	Ограниченный

Важно:

• Выбор поляризатора/анализатора зависит от конкретного применения и требуемых характеристик (степень поляризации, диапазон длин волн, стоимость, размер).

• Все эти элементы могут использоваться как в качестве поляризаторов (для получения поляризованного света), так и в качестве анализаторов (для анализа поляризации света).

Ключевые моменты для запоминания:

• Поляроидные пленки: дихроизм, дешевые, ограниченная поляризация.

• Призмы Волластона: двойное лучепреломление, высокая поляризация, широкий диапазон длин волн.

• Призмы Николя: двойное лучепреломление, высокая поляризация, историческое значение.

7. Преобразование линейно-поляризованного света пленкой (Подробное объяснение для экзамена)

Рассмотрим два случая:

A. Линейно-поляризованный свет падает на ИЗОТРОПНУЮ пленку (под углом):

1. Разделение на отраженный и преломленный лучи: Когда линейно-поляризованный свет падает на поверхность пленки под углом (отличным от 0°), происходит разделение на две части:

   • Отраженный луч: Свет, отраженный от поверхности пленки.

   • Преломленный луч: Свет, прошедший через пленку.

2. Изменение фазы при отражении: При отражении света от границы раздела двух сред с разными показателями преломления может происходить изменение фазы световой волны. Величина изменения фазы зависит от:

   • Угла падения света

   • Поляризации света (параллельной или перпендикулярной плоскости падения)

   • Соотношения показателей преломления сред (пленки и окружающей среды)

   • Важно: Если свет отражается от среды с большим показателем преломления, то происходит изменение фазы на π (180°). Если свет отражается от среды с меньшим показателем преломления, то изменения фазы не происходит.

3. Разная интенсивность отраженного и преломленного лучей: Интенсивность отраженного и преломленного лучей зависит от угла падения и поляризации света. Это описывается уравнениями Френеля. При определенном угле падения (угле Брюстера) отраженный свет может быть полностью поляризован перпендикулярно плоскости падения.

4. Интерференция (при определенных условиях): Если отраженный и преломленный лучи затем снова встречаются (например, после отражения от задней поверхности пленки), они могут интерферировать. Характер интерференции (усиление или ослабление) зависит от разности фаз между лучами, которая, в свою очередь, зависит от толщины пленки, угла падения, показателя преломления пленки и изменения фазы при отражении.

B. Линейно-поляризованный свет падает на АНИЗОТРОПНУЮ пленку (под углом):

Этот случай более сложный, так как вступает в силу двойное лучепреломление.

1. Разделение на обыкновенный и необыкновенный лучи: Анизотропная пленка (например, кристалл) обладает двойным лучепреломлением. Поэтому линейно-поляризованный свет, падающий на пленку, разделяется на два луча с ортогональными поляризациями:

   • Обыкновенный луч (o-луч): Подчиняется обычным законам преломления.

   • Необыкновенный луч (e-луч): Не подчиняется обычным законам преломления, и его показатель преломления зависит от направления распространения света в кристалле.

2. Разная скорость распространения и разность фаз: Обыкновенный и необыкновенный лучи распространяются в пленке с разной скоростью, поскольку имеют разные показатели преломления. Это приводит к тому, что между лучами возникает разность фаз (Δφ). Величина разности фаз зависит от:

   • Толщины пленки (d)

   • Разности показателей преломления (Δn = |nₑ - nₒ|)

   • Длины волны света (λ)

   • Δφ = 2π * d * Δn / λ

3. Изменение состояния поляризации: Когда обыкновенный и необыкновенный лучи выходят из пленки, они интерферируют. В результате интерференции линейно-поляризованный свет может быть преобразован в:

   • Линейно-поляризованный свет с другим направлением поляризации: Если разность фаз равна целому числу длин волн (Δφ = 2πm, где m – целое число), то свет останется линейно-поляризованным, но плоскость поляризации может быть повернута.

   • Эллиптически-поляризованный свет: Если разность фаз не равна целому числу длин волн, то свет станет эллиптически-поляризованным.

   • Циркулярно-поляризованный свет: Если разность фаз равна четверти длины волны (Δφ = π/2 + πm, где m – целое число), и амплитуды обыкновенного и необыкновенного лучей равны, то свет станет циркулярно-поляризованным.

4. Интерференционные цвета (при наблюдении в поляризационном микроскопе): Если анизотропную пленку поместить между скрещенными поляризаторами, то наблюдаются интерференционные цвета. Цвет зависит от разности хода лучей, толщины пленки и разности показателей преломления.

Применение:

• Оптические элементы: Анизотропные пленки используются для создания различных оптических элементов, таких как волновые пластинки (четвертьволновые и полуволновые), которые преобразуют поляризацию света.

• Поляризационная микроскопия: Анализ анизотропных материалов.

• Датчики напряжений: Определение напряжений в прозрачных материалах по изменению их оптических свойств.

Ключевые моменты для запоминания:

• Изотропная пленка: отражение и преломление, изменение фазы при отражении, интерференция.

• Анизотропная пленка: двойное лучепреломление, разность фаз между лучами, изменение состояния поляризации, интерференционные цвета.

• Волновые пластинки как пример использования анизотропных пленок.