Polarisaattori

Polarisaattori  - laite, joka on suunniteltu saamaan täysin tai osittain polarisoitua optista säteilyä mielivaltaisen polarisaatiotilan omaavasta säteilystä [1] . Polarisaattoreiden avulla saadun polarisaatiotyypin mukaan ne jaetaan lineaarisiin, pyöreisiin ja harvinaisempiin elliptisiin [2] . Lineaariset polarisaattorit tuottavat tasopolarisoitua valoa, ympyräpolarisaattorit tuottavat ympyräpolarisoitua valoa ja elliptiset polarisaattorit tuottavat elliptisesti polarisoitua valoa ennalta määrätyllä ellipsillä.

Lineaariset polarisaattorit perustuvat yhden kolmesta fysikaalisesta ilmiöstä. Yksi niistä on kahtaistaitteisuus , toinen on lineaarinen dikroismi ja kolmas on valon polarisaatio, joka tapahtuu, kun se heijastuu välineiden rajapinnoilla. Pyöreät polarisaattorit ovat yleensä lineaaripolarisaattorin ja neljännesaaltolevyn (optisen kompensaattorin) yhdistelmä.

Polarisoijia käytetään läpinäkyvien esineiden mekaanisten jännitysjakaumien tutkimuksessa polarisoitua valoa käyttäen, aineiden rakenteen tutkimuksessa, sakkarimetriassa ja erityisesti kideoptiikassa . Käytetään laajasti valokuvauspolarisaatiosuodattimissa ja tähtitiedessä .

Polarisaatiosuodatin optiikassa ja spektroskopiassa

Polarisoiva suodatin optiikassa ja spektroskopiassa  on laite, joka koostuu yleensä kahdesta lineaarisesta polarisaattorista ja yhdestä tai useammasta niiden välissä olevasta vaihelevystä [3] . Suunniteltu muuttamaan siihen tulevan optisen säteilyn spektrikoostumusta ja energiaa. Sitä käytetään tapauksissa, joissa on mahdotonta saavuttaa haluttua tulosta muilla, yksinkertaisemmilla tavoilla.

Polarisoiva suodatin valokuvauksessa

Polarisoiva suodatin valokuvauksessa  on polarisaattori, joka on suunniteltu poistamaan ei-toivottuja vaikutuksia ( häikäisyä , heijastuksia), vähentämään taivaan kirkkautta (samanaikaisen kylläisyyden lisääntyessä) jne. tai saavuttamaan taiteellisia tavoitteita. Rakenteellisesti suunniteltu jaettavaksi valokuvauslaitteiden kanssa. Se näyttää tavalliselta valosuodattimelta, mutta siinä on kaksi osaa, suunnilleen sama paksuus - edessä ja takana, jotka voivat pyöriä vapaasti suhteessa toisiinsa. Suodattimen takaosa ruuvataan kiinni linssiin, ja kääntämällä etupuolikkaa, jossa polarisaattori todella sijaitsee, valitaan haluttu efekti kulmalla.

Polarisoivan suodattimen etuosassa voi olla sisäkierre objektiivin suojuksen, kierteitetyn suojuksen tai muiden suodattimien kiinnittämistä varten. Häikäisyobjekteissa niiden eri osat voivat tuottaa häikäisyä eri polarisaatiokulmilla, joita ei voi samanaikaisesti vaimentaa vain yhdellä suodattimella. Lisäksi kehyksessä voi olla paljon häikäiseviä esineitä. Tällaisissa tilanteissa käytetään useita peräkkäin kierrettyjä polarisaatiosuotimia, ja kaikkien paitsi takaosan ei tarvitse välttämättä olla pyöreitä, vaan lineaarisesti polarisoituja, koska suodattimessa pyöreällä polarisaatiolla oleva optinen kompensaattori tekee mahdottomaksi saavuttaa jäljellä olevan polarisoinnin vaikutusta. suodattimet, jotka sijaitsevat hänen takanaan lähempänä linssiä.

Polarisointisuodattimien optinen tiheys vaihtelee yleensä kahdesta viiteen.

Värivääristymiä voi esiintyä. Erityisesti joissakin suodattimissa on jopa yhden pysähdyksen pudotus sinivioletilla alueella, minkä vuoksi ne "vihrevät" kuvaa huomattavasti.

Myös edulliset polarisaatiosuodattimet, useammin kuin värilliset, voivat vaikuttaa negatiivisesti hienojen yksityiskohtien toistoon. Polarisoiva suodatin yhdessä "suojaavan" UV-suojasuodattimen kanssa on valokuvauksen eniten käytetty suodatin.

Laite

Useimpiin käytännön sovelluksiin polarisoiva suodatin on valmistettu kahdesta lasilevystä, joiden välissä on polaroidikalvo , jolla on lineaarinen dikroismi. Polaroidikalvo on kerros selluloosa-asetaattia, joka sisältää suuren määrän pieniä herapatiittikiteitä ( kiniinisulfaattijodidiyhdiste ). Käytetään myös jodi- polyvinyylikalvoja , joissa on identtiset polymeeriketjut . Kiteiden orientaation identtisyys saavutetaan sähkökentän avulla ja polymeeriketjut orientoidaan mekaanisella venyttämisellä. [neljä]

Pyöreäpolarisaatiolla varustetussa suodattimessa on lisäksi optinen kompensaattori  - neljännesaaltovaihelevy (käytetään myös interferometreissä , mahdollistaa kahden säteen polkueron määrittämisen) . Se käyttää kaksinkertaisen taittumisen ilmiötä kiteissä. "Tavallisten" ja "epätavallisten" säteiden nopeudet kiteessä (ja näin ollen niiden reittien optiset pituudet) ovat erilaisia, joten kulkiessaan kiteen läpi ne saavat polkueron, jonka määrää sen paksuus. Levy sijoitetaan seuraavan säteen reitille, polarisaattorin taakse, ja asennuksen aikana sitä kierretään niin, että sen optiset akselit osuvat yhteen polarisaatioakseleiden kanssa. Tässä asennossa neljännesaaltolevy muuntaa lineaarisesti polarisoidun valon ympyräpolarisoiduksi valoksi (tai päinvastoin), jolloin vaihe-ero siirtyy 90 astetta.

Näin on järjestetty kaikkien valmistajien polarisaattorit, ero sekä laadussa että hinnassa johtuu lisäkerroksista: heijastamaton, suojaava, vettä hylkivä.

Tyypit ja käyttötarkoitukset

• Lineaarisen polarisoinnin tai lineaarisen polarisaattorin polarisoiva suodatin [2] ( englanniksi  Linear Polarizer , LP). Sisältää yhden kehyksessä pyörivän polarisaattorin. Lineaarisen polarisaation siirtymissuunta on merkitty pisteillä tai riskeillä kehyksen pyörivän osan diametraalisesti vastakkaisilla puolilla. Sen käyttö perustuu siihen, että osa ympäröivän maailman valosta on polarisoitunut lineaarisesti (ja lähes lineaarisesti elliptisesti). Osittain polarisoituneita ovat kaikki säteet, jotka eivät heijastu pelkästään dielektrisistä pinnoista. Osittain polarisoitunut valo tulee taivaalta ja pilvistä. Siksi käyttämällä lineaarista polarisaattoria kuvaamisessa valokuvaaja saa lisämahdollisuuden muuttaa kuvan eri osien kirkkautta ja kontrastia. Esimerkiksi maiseman kuvaaminen aurinkoisena päivänä tällaisella suodattimella voi saada aikaan tumman, syvän sinisen taivaan. Kun kuvaat lasiesineiden takana, polarisaattorin avulla pääset eroon valokuvaajan heijastuksesta lasissa.
• Kuvaamista varten heikossa valaistuksessa tuotetaan Low Light -polarisaattoreita, jotka polarisoivat valon osittain ja joilla on siksi pieni suurennus. Kun kaksi tällaista suodatinta lisätään kohtisuoraan niiden polarisaatiotasoihin nähden, valovirran täydellisen sammumisen sijaan saadaan 2/3 valosta.
• Suodatin ympyräpolarisaatiolla tai pyöreäpolarisaattorilla ( eng.  Circumpolar , Circular polarizer , CP, CPL). Polarisaattorin lisäksi se sisältää neljännesaallon vaihelevyn, jonka lähdössä lineaarisesti polarisoitunut valo saa ympyräpolarisaation. Kuvassa saadun tehosteen näkökulmasta pyöreä polarisaattori ei eroa lineaarisesta. Tällaisten suodattimien ilmaantumisen aiheutti TTL-automaatiovalokennojen käyttö kameroissa, mikä, toisin kuin valokuvamateriaali, osoittautui riippuvaiseksi linssin läpi putoavan lineaarisesti polarisoidun valon tason kulman kiertymisestä. Erityisesti lineaarisesti polarisoitu valo häiritsee osittain automaattisen vaihetarkennuksen toimintaa järjestelmäkameroissa ja vaikeuttaa valotuksen mittaamista.
• Yhdistetyt neutraalit suodattimet. Jos kaksi polarisaattoria lasketaan yhteen, niin samoilla polarisaatiotasoilla tällaisella suodattimella on maksimaalinen valonläpäisy (ja vastaa 2x ND-suodatinta). Kohtisuorassa polarisaatiosuunnassa ja ihanteellisilla polarisaattoreilla suodatin absorboi täysin siihen tulevan valon. Kääntökulman valinnalla on mahdollista muuttaa tällaisen suodattimen valonläpäisyä erittäin laajalla alueella.
• Komposiittiväripolarisaatiosuodattimet. Ne koostuvat kahdesta polarisoivasta suodattimesta, joita voidaan kääntää, ja niiden välissä on levy, joka pyörittää valon polarisaatiotasoa. Koska kiertokulma riippuu aallonpituudesta, polarisaattorien kussakin asennossa osa spektristä kulkee tällaisen järjestelmän läpi ja osa viivästyy. Polarisaattorien pyöriminen suhteessa toisiinsa johtaa suodattimen spektriominaisuuksien muutokseen. Saatavana esim. puna-vihreät suodattimet Cokin P170 Varicolor Red/Green ja oranssinsininen Cokin P171 Varicolor Red/Blue.
• Elektronisesti ohjatut suodattimet. Kun polarisaattorin ohella nestekideelementtiä käytetään polarisoidun säteilyn modulaattorina komposiittisuodattimien suunnittelussa, tämä mahdollistaa suodattimen ominaisuuksien ohjaamisen suoraan kuvausprosessissa.
• Tähtitiedessä polarisaatiosuodattimet ovat osa työkaluja, jotka on suunniteltu tutkimaan avaruusobjektien valon lineaarista ja ympyräpolarisaation astetta. Polarisaatiohavainnot ovat tärkein tapa saada tietoa magneettikentän voimakkuudesta säteilyn tuottoalueilla, esimerkiksi valkoisilla kääpiöillä.
• Mikroskoopeissa tällaisia ​​suodattimia käyttämällä polarisoitu säteily mahdollistaa havaitun rakenteen elementtien korostamisen tai, kuten tähtitiedessä, erilaisten polarisaatioparametrien määrittämisen, mikä mahdollistaa muiden muotoparametrien, tiheyden, jännitysjakauman, mediavuorovaikutusten määrittämisen, jne.

Muistiinpanot

1. ↑ Päätoimittaja A. M. Prokhorov. Polarisaattori // Fyysinen tietosanakirja. - Neuvostoliiton tietosanakirja . - M. , 1983. (Venäjän kieli)
2. ↑ 1 2 GOST 23778-79 Optisen polarisaation termien ja määritelmien mittaukset . Neuvostoliiton valtion standardikomitea (1. heinäkuuta 1980). Haettu 14. kesäkuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 21. tammikuuta 2022. (määrätön)
3. ↑ Päätoimittaja A. M. Prokhorov. Polarisoiva valosuodatin // Physical Encyclopedia. 5 osassa. - Neuvostoliiton tietosanakirja . - M. , 1988. (Venäjän kieli)
4. ↑ Yarinovskaya, A. L. Polarisoiva valosuodatin // Photokinotekhnika: Encyclopedia / Ch. toim. E. A. Iofis . - M .: Neuvostoliiton tietosanakirja , 1981. - 447 s.

Katso myös

• Optiset järjestelmät
• Aaltojen polarisaatio
• Nanopolarisaattori
• Fresnel-laatikko

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri katalaani Britannica (verkossa)