Поляризатор (Hklxjn[gmkj)

Изменение интенсивности светового потока в зависимости от взаимной ориентации плоскостей поляризации двух линейных поляризаторов. При взаимно перпендикулярных плоскостях поляризации светопропускание системы поляризаторов минимально (так называемые взаимно скрещённые поляризаторы).

Поляриза́тор — устройство, предназначенное для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения из излучения с произвольным состоянием поляризации.

В соответствии с типом поляризации, получаемой с помощью поляризаторов, они делятся на линейные, круговые и более редко применяемые эллиптические поляризаторы. Линейные поляризаторы дают плоскополяризованный свет, круговые — свет, поляризованный по кругу, а эллиптические — эллиптически поляризованный свет с заранее определёнными параметрами эллипса.

Линейные поляризаторы основаны на использовании одного из трёх физических явлений. Одно из них — двойное лучепреломление, другое — линейный дихроизм и третье — поляризация света, происходящая при отражении на границах раздела сред. Круговые поляризаторы обычно представляют собой совокупность линейного поляризатора и четвертьволновой пластинки (оптического компенсатора).

Поляризаторы используются при изучении распределений механических напряжений в прозрачных объектах с помощью поляризованного света (явление фотоупругости), при изучении структуры веществ, в сахариметрии и в особенности в кристаллооптике. Широко применяются в фотографических поляризационных светофильтрах и астрономии.

Поляризационный светофильтр в оптике и спектроскопии

Поляризационный светофильтр в оптике и спектроскопии — устройство, обычно состоящее из двух линейных поляризаторов и одной или нескольких фазовых пластинок между ними. Предназначен для изменения спектрального состава и энергии падающего на него оптического излучения. Используется в тех случаях, когда достичь желаемого результата иными, более простыми средствами невозможно.

Поляризационный светофильтр в фотографии

Поляризационный светофильтр в фотографии — поляризатор, предназначенный для устранения нежелательных эффектов (бликов, отражений), уменьшение яркости (с одновременным повышением насыщенности) неба и др. или для достижения художественных целей. Конструктивно оформляется для совместного использования с фотографическими аппаратами. Выглядит как обыкновенный светофильтр, но имеет две части, примерно одинаковой толщины — переднюю и заднюю, которые могут свободно поворачиваться друг относительно друга. Задняя часть фильтра навинчивается на объектив, а поворотом передней половины, в которой собственно и расположен поляризатор, на тот или иной угол выбирается нужный эффект.

В передней половине поляризационного светофильтра может присутствовать внутренняя резьба для крепления объективной крышки, резьбовой бленды, или других светофильтров. У бликующих объектов разные их части могут давать блики с разными углами поляризации, которые не представляется возможным одновременно подавить только одним фильтром. Кроме того, бликующих объектов в кадре может оказаться много. В таких ситуациях используются несколько скрученных последовательно поляризационных светофильтров, причем, все кроме заднего, должны быть обязательно не круговой, а линейной поляризации, так как оптический компенсатор, имеющийся в фильтре с круговой поляризацией, делает невозможным достижение эффекта от остальных поляризационных светофильтров, которые будут расположены за ним ближе к объективу.

Оптическая плотность поляризационных светофильтров обычно лежит в пределах от двух до пяти.

Цветовые искажения могут присутствовать. В частности, некоторые фильтры имеют спад до одного стопа в сине-фиолетовой области, из-за чего заметно «зеленят» картинку.

Также недорогие поляризационные светофильтры, чаще чем цветные, могут негативно влиять на воспроизведение мелких деталей. Поляризационный светофильтр, наряду с «защитным» УФ-блокирующим фильтром, является наиболее используемым светофильтром в фотографии.

Устройство

Линейные поляризаторы

В основном поляризационный фильтр изготавливают в виде двух стеклянных пластинок с находящейся между ними поляроидной плёнкой, обладающей линейным дихроизмом. Поляроидная плёнка представляет собой слой ацетилцеллюлозы, содержащий большое количество мелких кристаллов герапатита (иодид сернокислого хинина). Применяются также иодно-поливиниловые плёнки с однонаправленно ориентированными полимерными цепями. Такая ориентация кристаллов достигается с помощью электрического поля, а полимерные цепи молекул ориентируют механическим растяжением вдоль одного направления.

Устройство фильтра круговой поляризации

Также в качестве поляризатора применяется призма Николя.

От стопки стеклянных пластин, наклонённых под углом Брюстера к пучку света, отражается часть s-поляризованного света на каждой поверхности раздела воздух-стекло, пропуская смесь p- и s-поляризованного пучка — частично поляризованный свет. Для полной поляризации проходящего пучка требуется гораздо больше пластин, чем показано на рисунке. Стрелки на линиях светового пучка указывают направление вектора электрического поля в электромагнитной световой волне. Вектор магнитного поля волны перпендикулярен вектору электрического поля.

Иногда используются поляризаторы принцип действия которых основан на явлении частичной поляризации света при прохождении его через границу раздела двух сред с разными показателями преломления, наибольшая степень поляризации достигается при ориентации поверхности раздела сред под углом Брюстера к направлению распространения света — так называемые поляризаторы с углом Брюстера. Недостаток таких поляризаторов — низкий коэффициент светопропускания, так как для полной поляризации необходимо пропустить свет через много поверхностей раздела, практически — через стопку стеклянных пластинок.

Фильтр круговой поляризации

Фильтр круговой поляризации дополнительно включает оптический компенсатор — четвертьволновую фазовую пластинку (также такая пластинка применяется в интерферометрах, и дает возможность изменить разность хода двух пучков лучей). В ней используется явление двойного лучепреломления в некоторых одноосных кристаллах. Фазовые скорости «обыкновенного» и «необыкновенного» лучей в таких кристаллах (а следовательно, и оптические длины их путей) различны, поэтому при прохождении через кристалл они приобретают разность хода, пропорциональное толщине пластинки. Пластинка устанавливается на пути пука света за поляризатором, и при сборке поворачивается на нужный угол вокруг оптической оси так, чтобы её оптическая ось совпала с осью поляризации поляризатора. В этом положении четвертьволновая пластинка превращает линейно поляризованный свет в свет с круговой поляризацией (или наоборот, при пропускании света через неё в обратном направлении), сдвигая разность фаз обыкновенного и необыкновенного лучей на 90 градусов.

Так устроены поляризаторы всех производителей, разница как в качестве, так и в цене происходит из-за дополнительных слоёв: просветляющих, защитных, водоотталкивающих.

Типы и применение

Пример использования поляризационного фильтра в фотографии (в качестве эффективного сокращения яркостного диапазона, усиления контраста на небосводе и небольшого побочного влияния на цветность). Максимальный эффект достигается при съёмке в направлении, перпендикулярном направлению на Солнце

• Поляризационный фильтр линейной поляризации или линейный поляризатор (англ. Linear Polarizer, LP). Содержит один поляризатор, поворачивающийся в оправе. Направление пропускания линейной поляризации отмечено точками или рисками с диаметрально противоположных сторон вращающейся части оправы. Его применение основывается на том, что часть света в окружающем нас мире поляризована линейным (и близким к линейному эллиптическим) образом. Частично поляризованы все лучи, неотвесно отражённые от диэлектрических поверхностей. Частично поляризован свет, поступающий от неба и облаков. Поэтому, применяя линейный поляризатор при съёмке, фотограф получает дополнительную возможность изменения яркости и контраста различных частей изображения. Например, результатом съёмки пейзажа в солнечный день с применением такого фильтра может получиться тёмное, густо-синее небо. При съёмке находящихся за стеклом объектов поляризатор позволяет избавиться от отражения фотографа в стекле.
• Для съёмки в условиях низкой освещённости выпускаются Low Light Polarizer, частично поляризующие свет и потому имеющие низкую кратность. При сложении двух таких фильтров перпендикулярно их плоскостями поляризации вместо полного гашения светового потока получается 2/3 величины потока.
• Фильтр с круговой поляризацией или круговой поляризатор (англ. Circumpolar, Circular polarizer, CP, CPL). Помимо поляризатора, содержит четвертьволновую фазовую пластинку, на выходе которой линейно поляризованный свет приобретает круговую поляризацию. С точки зрения получаемого на снимке эффекта, круговой поляризатор ничем от линейного не отличается. Появление таких фильтров было вызвано применением в фотоаппаратах фотоэлементов TTL автоматики, которые, в отличие от фотоматериала, оказались зависимы от вращения угла плоскости линейно поляризованного света, попадающего на них через объектив. В частности, линейно поляризованный свет частично нарушает работу автоматики фазовой фокусировки в зеркальных фотоаппаратах и затрудняет замер экспозиции.
• Составные нейтральные фильтры. Если сложить вместе два поляризатора, то при совпадающих плоскостях поляризации такой фильтр имеет максимальное светопропускание (и эквивалентен нейтрально-серому фильтру 2x). При перпендикулярных же направлениях поляризации при идеальных поляризаторах фильтр полностью поглощает падающий на него свет. Выбирая угол поворота, можно в очень широких пределах менять светопропускание такого фильтра.
• Составные цветные поляризационные фильтры. Они состоят из двух поляризующих фильтров, которые можно вращать, и между ними находится пластинка, поворачивающая плоскость поляризации света. Из-за того, что угол поворота зависит от длины волны, при каждом положении поляризаторов часть спектра проходит сквозь такую систему, а часть задерживается. Поворот же поляризаторов друг относительно друга приводит к изменению спектральной характеристики фильтра. Выпускаются, например, красно-зелёные фильтры Cokin Р170 Varicolor Red/Green и оранжево-голубой Cokin Р171 Varicolor Red/Blue.
• Электронно-управляемые фильтры. Когда наряду с поляризатором в качестве модулятора поляризованного излучения в конструкции составных фильтров используется жидкокристаллический элемент, это позволяет управлять свойствами фильтра непосредственно в процессе съёмки.
• В астрономии поляризационные фильтры входят в состав инструментов, предназначенных для изучения степени линейной и круговой поляризации света космических объектов. Поляризационные наблюдения являются основным способом получения информации о силе магнитного поля в областях генерации излучения, например, на белых карликах.
• В микроскопах с помощью таких фильтров поляризованное излучение позволяет подчеркнуть элементы наблюдаемой структуры или также, как и в астрономии, определить различные параметры поляризации, что даёт возможность определить и другие параметры формы, плотность, распределение напряжений, взаимодействия сред и др.

См. также

• Оптические системы
• Поляризация волн
• Нанополяризатор
• Параллелепипед Френеля