Тема: Поляризационная видеокамера

[Gall]

если у лазера круговая поляризация как определить ее направление?

Ой не верю я, что она круговая. Либо линейная, либо две линейных на двух скрещенных модах с разной длиной волны. Круговую если уж делают, то специально, и направление при этом знают.

Если все-таки круговая, то надо превратить в линейную (четвертьволновой пластинкой). В зависимости от направления и от положения пластинки станет либо вертикальной, либо горизонтальной. Так и определится направление.

Вы дали формулу при изменении параметров которой поляризация может быть эллиптической, круговой или линейной. Правильно ли понял что в основу поляризации можно положить эллипс. У него есть 2 радиуса от которых зависит его  форма. При одинаковом значении обоих радиусов это будет круговая поляризация. При значении одного радиуса = 0 будет линейная поляризация.

Верно!

Любую поляризацию можно рассматривать как эллиптическую, у эллипса есть угол наклона и две полуоси. Равные полуоси - круг, одна полуось нулевая - линия. Для простоты, чтобы не было проблемы с "левым" и "правым" кругом или эллипсом, можно использовать отрицательные значения одной полуоси ("радиуса"): положительное значение - против часовой стрелки, отрицательные - по часовой. Математически так оно и есть.

Удобнее с точки зрения алгебры формулу этого эллипса записать как в аналитической геометрии или даже через комплексные числа (e^ix), но это уже дело вкуса. Я бы еще матричную запись использовал, ибо я лентяй и не люблю длинных формул.

Есть ли еще какие виды поляризации?

Для монохроматического света - нет. Для света, состоящего из нескольких разных длин волн, у каждой длины волны может быть своя поляризация (тоже эллипс, но у каждой длины волны свой).

Можно ли при помощи специальной системы фильтров узнать радиусы эллипса?

Если взять линейный поляризатор и покрутить, то максимум и минимум его прозрачности будут как раз соответствовать большой и малой полуосям эллипса. Если не крутить, то надо делать систему из 3 фильтров, которую уже обсуждали: измеряем эллипс по вертикали, горизонтали и диагонали, вычисляем его размеры и положение. И еще один фильтр потребуется, чтобы отличить левую поляризацию от правой.

Вы пробовали просто смотреть через поляризатор? Предметов, которые меняют поляризацию света, довольно мало и они обычно не очень интересны. Если предмет выбирается специально (образец для исследований), то его ничто не мешает поместить в специальный отсек прибора (или даже специально подготовить вещество - растереть, зажать между стеклами и т.д.). Тогда на него можно светить по очереди разными длинами волн с разной поляризацией и вращать поляризаторы. Так медленнее, зато гораздо точнее и по конструкции проще.

[Gall]

Кстати, теперь я могу вам очень просто объяснить, как работают полу- и четвертьволновая пластинки. Они перемешивают друг с другом оси эллипса.

У волновых пластинок всегда есть ось (как и у поляризатора), которая может стоять под разными углами. Полуволновая пластинка отражает эллипс относительно своей оси. Например, если ось стоит под углом 45 градусов, а эллипс был вертикальным, он станет горизонтальным. Если это был правый круг, он станет левым кругом. Или если поляризация была линейной с наклоном влево на 7 градусов, а ось пластинки стоит вертикально, то поляризация станет линейной с наклоном вправо на 7 градусов.

Разумеется, вторая такая же полуволновая пластинка отменяет эффект первой (если оси направлены одинаково).

Четвертьволновая пластинка - это "половина" полуволновой. Две четвертьволновых пластинки подряд (если опять же оси направлены одинаково) работают как одна полуволновая. А одна четвертьволновая работает как "половина" отражения, и это очень интересный результат. Если отражение эллипса полуволновой пластинкой рассматривать как поворот осей эллипса, одной вправо, другой влево, то четвертьволновая делает то же самое, но на половинный угол. Например, круг она делает линией, направленной вдоль ее оси: одну полуось круга она поворачивает влево на 45 градусов, другую вправо на 45 градусов, и они сливаются в линию. И обратно - линию вдоль своей оси она делает кругом. А линию не вдоль оси - эллипсом, и наоборот. Линия поперек оси становится тоже кругом, но в другом направлении.

[barbucha]

Ой не верю я, что она круговая.

http://journals.ioffe.ru/jtf/2003/10/p88-92.pdf
там написано
Источником оптического излучения служил лазер ЛГН-. 208А, на выходе которого получается излучение с круговой поляризацией, длина волны излучения 0.63

Если все-таки круговая, то надо превратить в линейную (четвертьволновой пластинкой). В зависимости от направления и от положения пластинки станет либо вертикальной, либо горизонтальной. Так и определится направление.

если будет вертикальной это значит направление по часовой стрелке?

четвертьволновая пластина рассчитана на определенную длину волны?
или на определенный диапазон?

Для света, состоящего из нескольких разных длин волн, у каждой длины волны может быть своя поляризация (тоже эллипс, но у каждой длины волны свой).

тоесть для цветного изображения это не подойдет так как там присутствуют разные длины волн света. Нужно ставить светофильтры на определенный диапазон?
Или интерференционные фильтры?

Если взять линейный поляризатор и покрутить, то максимум и минимум его прозрачности будут как раз соответствовать большой и малой полуосям эллипса.

если например максимум яркости будет на 10 градусах и минимум на 34 градусах как это перевести в радиусы эллипсиса?

Четвертьволновая пластина меняет свои свойства в зависимости от положения как и поляризационный фильтр так?

[Gall]

Ой не верю я, что она круговая.

http://journals.ioffe.ru/jtf/2003/10/p88-92.pdf
там написано
Источником оптического излучения служил лазер ЛГН-. 208А, на выходе которого получается излучение с круговой поляризацией, длина волны излучения 0.63

Небось в лазере специально перед выходным отверстием полуволновая пластинка вставлена. У гелий-неонового лазера конструкция такая, что специально линейную поляризацию сделать легко, а круговую трудно. Случайно (у лазера с ненормированной поляризацией) может, конечно, и круговая получиться, но ненадолго и неустойчиво. Я буквально позавчера играл с дешевой гелий-неоновой трубкой от сканера штрих-кода, так она каждые 5-6 секунд поляризацию меняет.

если будет вертикальной это значит направление по часовой стрелке?

Необязательно. Зависит от того, как ось пластинки стоит, под каким углом. Направление оси пластинки, если оно не отмечено, определить отдельная задача. Это по линейному свету делается: если пластинка на свет не влияет, значит, он поляризован либо строго по оси, либо строго поперек.

четвертьволновая пластина рассчитана на определенную длину волны?
или на определенный диапазон?

И то и другое Четвертьволновая пластинка является точно четвертьволновой на определенной длине волны, и примерно четвертьволновой - в довольно широком диапазоне.

тоесть для цветного изображения это не подойдет так как там присутствуют разные длины волн света. Нужно ставить светофильтры на определенный диапазон?
Или интерференционные фильтры?

Для цветного изображения спасает то, что природные объекты никогда не имеют РЕЗКОЙ зависимости поляризации от длины волны. Обычно весь свет поляризован примерно одинаково. Более того, обычно круговая поляризация "в диком виде" не встречается. Поэтому достаточно довольно грубого разделения по цвету - примерно такого же, как в самой камере на RGB.

В лазерных экспериментах, разумеется, можно сделать разные поляризации на близких длинах волн. Тот же ЛГН-303 в режиме двух скрещенных мод дает как раз две длины волны с двумя разными поляризациями, причем длины волн такие близкие, что их никакой интерференционный фильтр не разделит. Если еще и четвертьволновую пластинку добавить, будет смесь правой и левой круговой, и тоже таких близких, что их не разделить. Такой свет поддается анализу только на специально сделанных интерферометрах. К счастью, "случайно" такого света не бывает.

если например максимум яркости будет на 10 градусах и минимум на 34 градусах как это перевести в радиусы эллипсиса?

Минимум всегда будет через 90 градусов от максимума.

Например, если максимум на 10 градусах, а минимум на 100 градусах, это значит, что эллипс наклонен на 10 градусов. Величины яркости на максимуме и минимуме (точнее, квадратные корни из них) и есть полуоси эллипса. Например, если максимум 5, а минимум 0, то это линейно поляризованный свет интенсивностью 5. Если максимум 3 и минимум тоже 3 (то есть вообще ничего не меняется), это круг.

Четвертьволновая пластина меняет свои свойства в зависимости от положения как и поляризационный фильтр так?

Да. У волновых пластинок есть ось. Волновая пластинка не изменяет свет, если свет линейно поляризован и идет строго по оси или строго поперек оси. Если свет идет под углом к оси или если он поляризован не линейно, свет изменится. Полуволновая пластинка не меняет характер света, но меняет направление поляризации. Четвертьволновая "деформирует" эллипс.

Это все проще всего из законов волновой оптики считать и представлять.

[Gall]

Напоминаю, что такое *волновая пластинка. У всех веществ есть показатель преломления - свет в них расптространяется медленнее. У некоторых веществ (кварц, исландский шпат) показатель преломления зависит от направления и поляризации света. Для целей оптики из такого вещества вырезают пластинку, причем плоскость вырезания выбирают как раз так, чтобы вертикально и горизонтально (по отношению к выделенному направлению пластинки) поляризованный свет распространялись с разными скоростями. Если за время прохождения света через пластинку одна поляризация отстает от другой ровно на половину или на четверть длины своей волны, пластинка называется полу- или четвертьволновой.

Линейно поляризованный свет при прохождении через вещество ведет себя так же, как смешанные вертикальная и горизонтальная поляризации. В *волновой пластинке одна из них отстает от другой. На выходе лучи смешиваются обратно, но после смешивания поляризация получается уже не такой, как до пластинки.

[donavi]

А в чем разница между ?/4 пластинкой Нулевого порядка и ?/4 пластинкой Множественного порядка.
Продают два типа что же лучше взять ?

[Gall]

Для простых опытов все равно. Для использования внутри кольцевого резонатора лазера и прочих ответственных мест лучше нулевого.

Пластинка нулевого порядка - та, в которой набегает разница ровно четверть волны. Пластинка множественного порядка - та, в которой набегает четверть волны плюс какое-то неизвестное число целых волн. Поляризацию обе пластинки меняют одинаково, но во втором случае получается некая лишняя разность хода, могущая помешать в некоторых экспериментах. Пластинку ненулевого порядка делать легче, поэтому пластинка нулевого порядка дороже (и обычно НАМНОГО дороже).

ВАЖНО: пластинки бывают под разные длины волн! Пластинка под неправильную длину волны бесполезна, причем ее рабочий диапазон может оказаться совсем узким. Если длина волны неизвестна (так бывает на eBay), это лотерея с маленьким шансом выигрыша. Покупать такие детали стоит либо по совсем бросовой цене, либо в составе больших лотов, где что-нибудь наверняка пригодится.

Кстати, к диэлектрическим зеркалам это тоже относится. И к линзам с просветляющим покрытием, если нужно высокое качество линзы - тоже. Чужая длина волны = облом. Это становится важно в "тонких" схемах, например для деталей самого лазера, для Фабри-Перо и для сложных схем интерферометров, где важна "идеальность" деталей. Особенно важно для деталей внутри импульсных лазеров, чтобы они были предназначены для такого использования - интенсивность света там очень велика (иногда раз в 100 больше, чем на выходе лазера), и деталь случайного происхождения может просто не выдержать и прогореть.

[nerv]

Про идеальность деталей для импульсного лазера заинтересовало. Допустим есть зеркала предназначенные для ИАГ с неодимом, на длину волны 1.064мкм. Использовать собираюсь совместно со стеклом легированным неодимом. Вернее с разными стеклами, ГЛС1, ГЛС6, КГСС, либо со стеклом неизвестной марки. Они же будут давать излучение с длиной волны отличной от 1.064мкм. Критично?

[Gall]

Некритично. 1054, 1064 - не разница для таких зеркал. Это вообще скорее всего в пределах допуска производства. Вот для эталонов, волновых пластинок и т.д. - критично.

Главное, чтобы зеркала были рассчитаны на энергии, которые в лазере бывают. И чтобы пыль на них при работе не попадала, а то она при таких энергиях очень прочно к поверхности пригорает. Но это, я так понимаю, уже соблюдено.

[Gall]

Я скорее имел в виду оптические детали типа "трофей любителя" - нечто блестящее в черной оправе, причем даже не для оптической скамьи, а явно вытащенное из неизвестного прибора. Такая штука с равными шансами может оказаться под 633, под 1064 или вообще под белый свет, и определить это очень трудно. Несмотря на это, такие детали вполне имеет смысл покупать из-за их совершенно бросовой цены (30 долларов мешок). Иногда попадается что-то хорошее. А если и нет, то черненые крепления тоже на дороге не валяются.

[barbucha]

Я буквально позавчера играл с дешевой гелий-неоновой трубкой от сканера штрих-кода, так она каждые 5-6 секунд поляризацию меняет.

это лазер ЛГН 207

[Gall]

Любая нестабилизированная трубка примерно так себя ведет, в большей или меньшей степени. Потому у них в паспорте и не указывают поляризацию.

[donavi]

Выдрал 1/4 пластинку нулевого порядка из двд, только вот проблема на ней нанесена Дифракционная решетка 
Как удалить Дифракционную решетку с четвертьволновой пластики ?  может полировать ее тканью ?

Что из себя приставляет на графики круговая поляризация проходящая через деф решотку?

[Gall]

А она точно 1/4-волновая, это точно не просто дифрешетка? И откуда уверенность, что порядок именно нулевой? Как вы это проверили?

Полировать нельзя (пластинка перестанет быть 1/4-волновой). Можно не обращать внимания на дифрешетку, т.е. просто лишние порядки дифракции игнорировать. Они уходят довольно сильно вбок - не должны мешать по идее. Можно даже с пользой их использовать - спектр по ним определять.

Дифракционная решетка никак не меняет поляризацию, она просто размножает изображение. Угол между изображениями зависит от длины волны.

[donavi]

А она точно 1/4-волновая, это точно не просто дифрешетка? И откуда уверенность, что порядок именно нулевой? Как вы это проверили?

Полировать нельзя (пластинка перестанет быть 1/4-волновой). Можно не обращать внимания на дифрешетку, т.е. просто лишние порядки дифракции игнорировать. Они уходят довольно сильно вбок - не должны мешать по идее. Можно даже с пользой их использовать - спектр по ним определять.

Дифракционная решетка никак не меняет поляризацию, она просто размножает изображение. Угол между изображениями зависит от длины волны.

Уверен что 1/4 Проверял поляроидами, далее буду проверять с помощью фотодиода.  во всяком случае полуволновую в двд-рв не могли поставить.
Пластинка сделана из двух склеенных пластин, значит нулевого порядка а множественного делают из одной пластины толщиной, создающей разность хода (2N+1)/4 длины волны.
всего у меня 4 пластинки и все нулевого порядка, интересно зачем такая точность для двд-рв