Файл: Новая геодезическая техника и ее применение в строительстве учеб. пособие.pdf

нитный векторы в любой точке пространства вращаются, а концы векторов описывают эллипсы.

Плоскостью поляризации называется плоскость, проходящая через электрический вектор и направление распространения элек­ тромагнитной волны.

Естественный свет, отраженный от гладко полированной по­ верхности диэлектрика, частично или полностью поляризован. Брюстер установил (1815 г.) закон поляризации света при отра­ жении при падении его на поверхность среды под углом i, когда tg i = п {п — показатель преломления среды); отраженный свет полностью поляризован, при этом угол между отраженным и преломленным лучами равен 90°. Поляризация при отражении всегда сопровождается наличием преломленного луча.

Угол i падения луча, при котором имеет место полная поля­

участков спектра, так как показатель преломления среды зависит от длины волны.

Если линейно-поляризованный свет поляризован перпендику­ лярно к плоскости падения и падает на оптически прозрачную среду (например стекло) под углом полной поляризации, то пре­ ломление и отражение исчезают и свет проходит среду без по­ терь. Это явление используется в газоразрядных трубках лазеров, где для уменьшения потерь на отражение, связанных с много­

При этом выходящий из лазера свет линейно поляризован, что очень удобно при использовании газовых лазеров в светодальномерах.

На поверхности металлов, даже очень хорошо отполирован­ ных, поляризации света нет; падающая волна распадается на от­ раженную и проникающую внутрь — в металл. Величина про­ шедшей через металл световой энергии исчезающе мала, погло­ щенная часть энергии превращается в тепло. Можно считать, что в металле нет преломленной волны, а следовательно и отра­ женная волна (для естественного света) не может быть поляри­ зована, так как поляризация возникает от неодинакового распре­ деления компонентов электрического вектора между отраженны­ ми и преломленными волнами.

Если на металл падает плоская линейно-поляризованная вол­ на света, то в отличие от прозрачного диэлектрика, при отраже­ нии от которого происходит поворот плоскости поляризации, здесь отраженные составляющие электрического и магнитного векторов приобретают относительную разность фаз А и в общем

12

случае свет будет эллиптически поляризован. Отраженная волна останется линейно-поляризованной, если разность фаз Д = 0 или А = я, что будет иметь место при падении линейно-поляризован­ ного света по нормали к отражающей поверхности металла. Это явление используется в отражателях для визуальных светодальномеров (см. § II.6).

Оптические устройства, преобразующие проходящий через них естественный свет в поляризованный, называют поляризаторами. Поляризатор разделяет первоначальный пучок естественного све­ та на две компоненты: обыкновенный и необыкновенный лучи, имеющие разную скорость распространения и колебания во взаимно-перпендикулярных направлениях. Поляризатор про­ пускает один из лучей и поглощает или отклоняет другой.

Для поляризаторов, основанных на двойном лучепреломлении, применяются двойные или одинарные призмы из исландского шпа­ та или кварца. В двойных призмах (Франка-Риттера, Николя, Гласа-Томпсона № др.) обыкновенный луч претерпевает на по­ верхности раздела между призмами, полное внутреннее отраже­ ние и отводится в сторону. Необыкновенный же луч проходит сквозь обе призмы и становится линейно поляризованным. Пло­ скостью поляризации обычно считается плоскость, проходяща-я через оптическую ось кристалла и направление колебаний обык­ новенного луча.

Поляризационные призмы обладают высоким коэффициентом пропускания и почти полностью поляризуют свет. К недостаткам их относятся малая входная площадь призмы и сравнительно малый (до 15°) апертурный угол поляризации. В связи с этим призмы нужно устанавливать в параллельном световом потоке, что не всегда удобно в конструктивном отношении.

В некоторых узлах геодезических приборов находят приме­ нение . поляризационные пластинки из двулучепреломляющих кристаллов с разностью хода между обыкновенным и необыкно­ венным лучами в 'Д и '/г длины волны, называемые соответ­ ственно четвертьволновыми и полуволновыми пластинками. Эти пластинки изготавливают из кварца, слюды, селенита и др. Не­ обходимая разность хода лучей достигается подбором толщины пластинки. Так, пластинка из кварца, соответствующая 'Д А, для желтого света должна иметь толщину около 15 мкм, а из слю­ д ы — около 36 мкм. Изготовлять и эксплуатировать такие тонкие пластинки неудобно, поэтому на практике пользуются, например, четвертьволновыми пластинками, дающими разность хода лучей (N + 'Д) К, где N — целое число.

Если на пластинку в lU% поляризованный свет падает по нор­ мали линейно так, что главная оптическая ось пластинки и плос­ кость поляризации падающего луча составляют между собою угол 45°, то свет, вышедший из пластинки, становится поляризо­ ванным по кругу. Наоборот, эта же пластинка может превратить свет поляризованный по кругу в линейно поляризованный.

13

Если через четвертьволновую пластинку пропустить дважды (в прямом и обратном направлениях) один и тот же поляризован­ ный свет, то плоскость поляризации светового потока повернется на 90°. Это явление, в частности, используется в светодальномере «Кристалл» для осуществления компенсационного способа наблюдений (см. § II.6).

С помощью пластинки в полволны плоскость поляризации линейно поляризованного света можно повернуть на 90°.

Для получения поляризованного света в новой геодезической технике широко используют поляроиды, представляющие собой слой (или срез) однообразно ориентированных кристаллов, об­ ладающих дихроизмом, т. е. явлением различного поглощения лучей с различным направлением поляризации, нанесенных на прозрачную основу. Дихроизмом обладают многие вещества и среди них йодистый хинин-геропатпт, названный так по имени английского химика Геропата (1850 г.). Геропатит представляет собою мельчайшие^ кристаллы, имеющие форму иголок, причем ось наибольшего поглощения света в них совпадает с осью иглы. Д л я получения поляроида массу геропатита наносят на подогре­ тую до состояния размягчения поливиниловую пленку, а затем быстро растягивают ее в длину в 3—5 раз. При растяжении иголь­ чатые кристаллы геропатита самоориентируются в направлении растяжения пленки. Высушенная пленка заклеивается между двумя защитными стеклами, предохраняющими ее от влаги.

Кроме геропатитовых поляроидов известны и другие, состоя- «' щие из дихроичных молекул, «выстроенных» в ряд. Преимуще­ ство поляроидов — удобная форма, большие размеры (до 300 мм в диаметре), больший чем у призм апертуриый угол поляризации и дешевизна изготовления.

Недостатком поляроидов является несколько большее, чем у призм, поглощение света и неодинаковая степень поляризации в пределах видимой области спектра. Поляроиды не выдерживают нагревания более 80° С.

Пропускная способность поляризующих устройств для есте­ ственного света не превышает 50%. Учитывая же поглощение в поляризаторе как темном фильтре и отражение на разделах стек­

§ I. 5. Оптические детали и системы, применяемые в геодезических приборах

Совокупность оптических деталей, установленных в положе­ ние, заданное расчетом и конструкцией, составляет оптическую систему прибора. В геодезических приборах используются сле­ дующие оптические детали: линзы, зеркала, призмы, клинья, све­ тофильтры, дифракционные решетки и др.

14

Л и н з а м и называются детали из оптически прозрачных ма­ териалов, ограниченных двумя преломляющими поверхностями, из которых хотя бы одна является поверхностью тела вращения. По преломляющему действию линзы делятся на положительные (собирательные) и отрицательные (рассеивающие). В свою оче- ч редь собирательные линзы делятся на двояковыпуклые и плоско­ выпуклые, а рассеивающие — на двояковогнутые, плосковогну­ тые и вогнутовыпуклые.

Прямая, соединяющая центры сферических поверхностей линз, называется оптической осью. Радиус кривизны преломляю­ щей поверхности, толщина и показатель преломления линзы определяют ее оптические свойства. Величина, обратная задне­

ческие линзы (рис. 1.3), обладающие в двух взаимоперпендику­ лярных сечениях различными оптическими свойствами.

Если цилиндрическую линзу установить перед плоскостью пред­ мета, то можно получить оптическое сопряжение предметов, рас­ положенных на разных расстояниях друг от друга в разных сече­ ниях. Положительная цилиндрическая линза, установленная вблизи плоскости изображения, вызывает ее сужение, а отрица­ тельная— расширение.

Цилиндрические линзы нашли применение для развертки ла­ зерного луча в горизонтальной или вертикальной плоскости, а в светодальномере МСД-1 используются для устранения влияния

15