Файл: Зубов В.А. Методы измерения характеристик лазерного излучения.pdf

полуосей эллипса, таким образом, что t g x —&J<§f Из этого выражения получаем

Знак выбирается таким образом, чтобы при sin а > О выполнялось неравенство S 3 > 0, а при sin а <С 0 іУд <С 0. Это соответствует в нашем случае знаку плюс. Другими рловами, знак х определяет направление вращения век­ тора электрической напряженности: х ]> 0 соответствует правому, а х <С 0 — левому вращению. Подставляя в соот­ ношение S'l=Sl~{-Sl -f-jSJ выражения S2= S 1tg 2 f и S 3= = S0 sin 2x, получаем

S1 — S0cos 2x cos 2®.

Окончательные выражения для координат — параметров Стокса имеют вид

іSj = S0cos 2x cos 2cp, S2— 50cos 2x sin 2®, S3 = S0sin 2^.

Геометрическое представление этих координат дает сферу радиуса S0, называемую сферой Пуанкаре [170] (рис. 43). Состояния поляризации света описываются положением точки S0 на этой сфере. Отметим некоторые случаи при­ менительно к сфере Пуанкаре. Правое вращение вектора Е (t) соответствует х > 0 и верхней полусфере, левое вращение (х<С0) — иижией полусфере. Линейно поля­ ризованный свет соответствует случаю (і’а.= 0 или é’ä,= 0,

что дает tg х= 0 и tg х —>со; при этом х = 0, я, 2х = 0, 2тс. Таким образом, линейно поляризованный свет описы­ вается экваториальной плоскостью. Круговая поляриза­ ция соответствует случаю §х—<§у=§- Это дает t g x = l ,

Х = тс/4, 2х= тс/2. В зависимости от направления вращепия

154

указать, что всего имеется семь вариантов состояний поляризации света:

1) естественный свет;

2) линейно поляризован­ ный свет;

3)свет, поляризованный по кругу;

4)свет, поляризованный по эллипсу;

5)естественный свет+ли-

нейно поляризованный свет; 6) естественный свет-(- свет, поляризованный по

кругу;

7) естественный свет-f- свет, поляризованный по эллипсу. Эти семь вариан­

тов полностью охватывают все возможные состояния поляризации света.

§2. Анализ поляризации света для ОКГ, работающих

внепрерывном режиме

Для анализа поляризации света используются поляри­ зационные устройства — анализаторы. В качестве тако­ вых находят применение поляризационные призмы. Схемы некоторых типов поляризационных призм с их ха­ рактеристиками приведены на рис. 44 [53, 171]. Призмы изготовляются из кальцита, поэтому рабочая область пх простирается приблизительно до 2 мкм. В качестве ана­ лизаторов используются также поляроидные пленки [172, 173], предназначенные для работы в видимой области спек­ тра. Эти пленки имеют следующие характеристики: в зе­ леной области интенсивность прошедшего света с поляри­ зацией, пропускаемой пленкой, —80%, с поляризацией, непропускаемой пленкой, меньше 1 %, две пленки с парал­ лельной ориентацией пропускают ~40% естественного света, две скрещенные пленки пропускают меньше 0,01% естественного света; в синей области характеристики не­ сколько хуже: две скрещенные пленки пропускают ~0,1% естественного света. В инфракрасной области

155

спектра поляризационные устройства, работающие на ос­ нове двойного лучепреломления, используются редко [174]. Обычно применяются поляризационные устройства, работающие на основе явления поляризации света при от­ ражении от диэлектрика при падении света под углом Брю­ стера tg гБ= 7г, где п — коэффициент преломления [175]. При необходимости работы в проходящем свете исполь­ зуется стопа таких диэлектрических пластинок, прозрач­ ных в рабочей области [176, 177].

Общая схема исследования характера поляризации света [111, 178]. В пучок исследуемого света помещают анализатор (призму Николя, призму Глаиа и т. и.) и вра­ щают-его. Возможны три варианта результатов.

1.При определенной ориентации анализатора’интенсивность прошедшего света становится равной нулю. В этом случае имеем линейно поляризованный свет. По положению анализатора можем определить направление колебаний вектора электрической напряженности.

2.Интенсивность света, прошедшего через анализатор,

не меняется в зависимости от ориентации последнего. Это может иметь место в одном из трех вариантов: а) исследуе­ мое излучение — естественный неполяризоваиный свет, б) исследуемое излучение поляризованно по кругу, в) ис­

156

следуемое излучение является смесью естественного света

исвета, поляризованного по кругу.

Вэтом случае следует провести дополнительный этап исследования света (см. далее), с тем чтобы определить

имеет место один из следующих вариантов:а) исследуемое из­ лучение поляризовано по эллипсу, б) исследуемое излучение является смесью естественного света исвета линейно поляри­ зованного, в) исследуемое излучение является смесыо есте­ ственного света и света, поляризованного по эллипсу.

В этом случае также следует выполнить дополнитель­ ный этап исследования (см. далее), с тем чтобы определить составляющую излучения с эллиптической поляризацией.

Для выполнения этих дополнительных этапов исследо­ вания используется эффект двойного лучепреломления. Рассмотрим прохождение света через двоякопреломлягощую кристаллическую пластинку, вырезанную параллельно оптической оси [53, 96]. Пусть ось z совпадает с направ­ лением оптической оси. Если на пластинку падает свето­ вая волна Ex {t)=<gs cos ( iot — kz + ocx), то после прохо­ ждения в пластинке пути I она будет иметь вид

Е х ( 0 = c o s И — к ( z + Іп х ) +

где пх — коэффициент преломления света с вектором элек­ трической^ напряженности, параллельным оси х.

где Пу — коэффициент преломления света с вектором элек­ трической напряженности, параллельным оси у. Если тол­ щина пластинки I, то на выходе между этими двумя волнами будет существовать разность фаз

где предполагается пх > п .

Исследование света; поляризованного по кругу. По­ скольку требуется провести исследования со светом, в ко­ тором возможно наличие света, поляризованного по кругу, следует использовать кристаллическую пластинку такой

157

толщины, чтобы скомпенсировать разность фаз, которая существует между компонентами в свете с круговой поля­

Пластинка, выбранная таким образом, носит название пластинки в четверть длины волны, пластинки Х/4 [179].

Впучок исследуемого света помещают пластинку Х/4

ипосле нее анализатор [111, 178]. Пластинка Х/4 превра­ щает свет, поляризованный по кругу, в линейно поляризо­ ванный свет. Для света, поляризованного по правому кругу, имеем на входе

Направление колебаний, определяемое с помощью анали­ затора, будет

Направление колебаний, определяемое с помощью анализа­ тора, будет'

158

С учетом этого при вращении анализатора в рассматри­ ваемом случае возможны три варианта.

1. При определенной ориентации анализатора интен­ сивность прошедшего света становится равной нулю. Име­ ем свет, поляризованный по кругу. Направление вращения определяют по положению анализатора.

2.Интенсивность света, прошедшего через анализатор, не зависит от его ориентации. Имеем неполяризованный естественный свет.

3.Интенсивность света, прошедшего через анализатор, ни при какой его ориентации в нуль не обращается, хотя имеет место изменение интенсивности. Имеем смесь есте­ ственного света и света, поляризованного по кругу. Доля естественного света определяется по минимальной интен­ сивности / еот= 2/ шш, доля поляризованного света равна

■^.юл—^мако — Длин положение анализатора определяет на­ правление вращения.

Исследование света, поляризованного по эллипсу, также может быть выполнено с помощью пластинки л/4 и анализа­ тора [111, 178], правда, в этом случае их следует незави­ симо вращать. Когда оптическая ось пластинки совпадает

содной из осей эллипса, свет из поляризованного по эл­ липсу превратится в линейно поляризованный, т. е. пла­ стинка добавляет сдвиг фазы -j- тс/2. Полученный свет можно анализировать, как это указывалось в случае света

скруговой поляризацией.

Положение пластинки Х/4 определяет положение эл­ липса (угол <р). Пусть оси координат совпадают с осями эллипса, тогда

Для случая правого вращения а = а у —-ах=п/2, и после пластинки А/4 будем иметь

159