Поляриметрия — это измерение и интерпретация поляризации поперечных волн , в первую очередь электромагнитных волн , таких как радиоволны или световые волны . Обычно поляриметрия проводится на электромагнитных волнах, которые прошли через или были отражены , преломлены или дифрагированы некоторым материалом, чтобы охарактеризовать этот объект. [1] [2]
Плоскополяризованный свет: Согласно волновой теории света , обычный луч света считается колеблющимся во всех плоскостях, перпендикулярных направлению его распространения . Если этот обычный луч света пропустить через призму Николя , выходящий луч будет колебаться только в одной плоскости.
Поляриметрия тонких пленок и поверхностей обычно известна как эллипсометрия .
Поляриметрия используется в таких областях дистанционного зондирования , как планетология , астрономия и метеорологическая радиолокация .
Поляриметрию также можно включить в вычислительный анализ волн. Например, радары часто учитывают поляризацию волн при постобработке для улучшения характеристики целей. В этом случае поляриметрию можно использовать для оценки тонкой текстуры материала, для определения ориентации небольших структур в цели и, при использовании антенн с круговой поляризацией, для определения количества отскоков принятого сигнала (хиральность волн с круговой поляризацией меняется с каждым отражением).
В 2003 году был представлен спектрополяриметрический формирователь изображений в видимом и ближнем ИК-диапазоне (VNIR) с акустооптическим настраиваемым фильтром (AOTF). [3] Эти гиперспектральные и спектрополяриметрические формирователи изображений работали в областях излучения от ультрафиолетового (УФ) до длинноволнового инфракрасного (LWIR). В AOTF пьезоэлектрический преобразователь преобразует радиочастотный (РЧ) сигнал в ультразвуковую волну. Затем эта волна проходит через кристалл, прикрепленный к преобразователю, и при попадании в акустический поглотитель дифрагирует. Длина волны получаемых световых лучей может быть изменена путем изменения исходного РЧ-сигнала. [3] Гиперспектральные формирователи изображений VNIR и LWIR неизменно работают лучше, чем гиперспектральные формирователи изображений. [4] Эта технология была разработана в Исследовательской лаборатории армии США. [3]
Исследователи сообщили о данных видимой ближней инфракрасной системы (VISNIR) (0,4-0,9 микрометров), для которых требовался радиочастотный сигнал мощностью менее 1 Вт. Представленные экспериментальные данные указывают на то, что поляриметрические сигнатуры уникальны для рукотворных предметов и не встречаются в природных объектах. Исследователи утверждают, что двойная система, собирающая как гиперспектральную, так и спектрополяриметрическую информацию, является преимуществом в создании изображений для отслеживания целей. [3]
Поляриметрическое инфракрасное изображение и обнаружение также могут выделять и различать различные особенности в сцене и давать уникальные сигнатуры различных объектов. Наноплазмонная чирпированная металлическая структура для поляриметрического обнаружения в двух диапазонах средневолнового и длинноволнового инфракрасного излучения может давать уникальные характеристики различных обнаруженных материалов, объектов и поверхностей. [5]
Геммологи используют полярископы для определения различных свойств исследуемых драгоценных камней. Для надлежащего исследования может потребоваться осмотр драгоценного камня в различных положениях и под разными углами. [6] Полярископ геммолога представляет собой вертикально ориентированное устройство, обычно с двумя поляризационными линзами , одна над другой с некоторым пространством между ними. Источник света встроен в полярископ под нижней поляризационной линзой и направлен вверх. Драгоценный камень будет помещен поверх нижней линзы и может быть должным образом исследован, глядя на него сверху через верхнюю линзу. Чтобы управлять полярископом, геммолог может вручную поворачивать поляризационные линзы, чтобы наблюдать различные характеристики драгоценного камня. Полярископы используют свои поляризационные фильтры для выявления свойств драгоценного камня, а именно того, как он влияет на световые волны, проходящие через него.
Полярископ может быть сначала использован для определения оптического характера драгоценного камня и того, является ли он однократно преломляющим (изотропным), аномально дважды преломляющим (изотропным), дважды преломляющим (анизотропным) или агрегатным. Если камень дважды преломляет и не является агрегатом, полярископ может быть использован для дальнейшего определения оптической фигуры драгоценного камня или того, является ли он одноосным или двуосным. Этот шаг может потребовать использования лупы , также известной как коноскоп. [7] Наконец, полярископ может быть использован для обнаружения плеохроизма драгоценного камня, хотя дихроскоп может быть предпочтительнее для этой цели, поскольку он может показывать плеохроичные цвета бок о бок для более легкой идентификации.
Поляриметр является основным научным прибором, используемым для проведения этих измерений, хотя этот термин редко используется для описания процесса поляриметрии, выполняемого компьютером, например, как это делается в поляриметрическом радаре с синтезированной апертурой .
Поляриметрию можно использовать для измерения различных оптических свойств материала, включая линейное двупреломление , круговое двупреломление (также известное как оптическое вращение или оптическая вращательная дисперсия), линейный дихроизм , круговой дихроизм и рассеяние . [8] Для измерения этих различных свойств существует множество конструкций поляриметров, некоторые из которых архаичны, а некоторые используются в настоящее время. Наиболее чувствительные основаны на интерферометрах , в то время как более традиционные поляриметры основаны на компоновках поляризационных фильтров , волновых пластин или других устройств.
Поляриметрия используется во многих областях астрономии для изучения физических характеристик источников, включая активные ядра галактик и блазары , экзопланеты , газ и пыль в межзвездной среде , сверхновые , гамма-всплески , вращение звезд , [9] звездные магнитные поля, диски из обломков , отражение в двойных звездах [10] и космическое микроволновое фоновое излучение. Астрономические поляриметрические наблюдения проводятся либо как поляриметрия изображений, где поляризация измеряется как функция положения в данных изображений, либо как спектрополяриметрия, где поляризация измеряется как функция длины волны света, или широкополосная апертурная поляриметрия.
Оптически активные образцы, такие как растворы хиральных молекул, часто демонстрируют круговое двупреломление . Круговое двупреломление вызывает вращение поляризации плоскополяризованного света при его прохождении через образец.
В обычном свете колебания происходят во всех плоскостях, перпендикулярных направлению распространения. Когда свет проходит через призму Николя, его колебания во всех направлениях, кроме направления оси призмы, отсекаются. Свет, выходящий из призмы, называется плоскополяризованным, поскольку его колебания происходят в одном направлении. Если две призмы Николя поместить так, чтобы их плоскости поляризации были параллельны друг другу, то световые лучи, выходящие из первой призмы, попадут во вторую призму. В результате потери света не наблюдается. Однако, если вторую призму повернуть на угол 90°, свет, выходящий из первой призмы, останавливается второй призмой, и свет не выходит. Первую призму обычно называют поляризатором , а вторую призму — анализатором .
Простой поляриметр для измерения этого вращения состоит из длинной трубки с плоскими стеклянными концами, в которую помещается образец. На каждом конце трубки находится призма Николя или другой поляризатор. Свет пропускается через трубку, а призма на другом конце, прикрепленная к окуляру, вращается, чтобы достичь области полной яркости или области полутьмы, полуяркости или области полной темноты. Затем угол вращения считывается со шкалы. То же самое явление наблюдается после угла 180°. Затем можно рассчитать удельное вращение образца. Температура может влиять на вращение света, что следует учитывать в расчетах.
где:
![{\displaystyle [\alpha ]_{\lambda }^{T}=100\alpha /l\rho \,\!}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/051d259a30ee0db7c2c10aa55f516fa489a12f1c)
