Polarisaator

Polarisaator on seade, mis laseb läbi ainult kindlaviisiliselt polariseeritud valgust. Polarisaatori abil on võimalik saada kindla polarisatsiooniga valgust nii loomulikust kui ka segapolarisatsiooniga valgusest. Vastavalt tekitatud polarisatsiooni liigile nimetatakse polarisaatoreid lineaarseteks, elliptilisteks või ringpolarisaatoreiks.

Lineaarne polarisaator

Lineaarseid polarisaatoreid on võimalik jagada kaheks tüübiks: neelavateks polarisaatoriteks ja kaksikmurdumise polarisaatoriteks.

Neelavad polarisaatorid

Neelavate polarisaatorite töö põhimõte on selekteeruvas neelamises, kus langeva valguse kahest ristkomponendist üks neeldub ja seega väljub polarisaatorist lineaarselt polariseeritud valgus. Tuntuim näide seda tüüpi polarisaatoritest on polaroid. Uuemad neelavad polarisaatorid koosnevad kahe õhukese klaasplaadi, paksusega alla 0,5 mm, vahel olevatest hõbe nanoosakestest. Sellised polarisaatorid on palju vastupidavamad ja kvaliteetsemad, kui tavalised polaroidid. Ka mõnedel kristallidel, nagu näiteks turmaliin, on omadus neelata valgust, mis on polariseeritud kindlas sihis. Selliseid kristalle on võimalik kasutada polarisaatoritena, aga praktikas kasutatakse neid harva muude füüsikaliste omaduste tõttu nagu näiteks dikroilisus ja värvus.

Kaksikmurdumise polarisaatorid

Kaksikmurdumise polarisaatorid saavutavad lineaarse polarisatsiooni jagades pealelangeva valguse kaheks komponendiks, kus vähemalt üks komponentidest on lineaarselt polariseeritud. Kuna kaksikmurdumisel ei pea toimuma valguse neelamine, siis on seda tüüpi polarisaatorid paremad tööks suurte intensiivsusega valgusega. Ideaalse kaksikmurdumisel, kus valgus jaguneb kaheks omavahel risti polariseeritud valguskimbuks, on võimalik uurida ja kasutada mõlemat komponenti, vähendades ka oluliselt energiakadusid.

Polarisatsioon Brewsteri nurga abil

Kahe isotroopse dielektriku lahutuspinnal valguse peegeldumisel ja murdumisel muutub enamasti ka polarisatsioon. On olemas langemisnurk (alfa_beeta), mille korral peegeldunud valgusel puudub langemistasandiga paralleelset polariseeritud komponenti ja seega kogu peegeldunud valgus on polariseeritud lineaarselt, risti langemistasangida. Sellist nurka nimetatakse Brewsteri nurgaks ja see sõltub ainete murdumisnäitajatest:

$\tan(\alpha _{B})={\frac {n_{2}}{n_{1}}}$,

kus $\alpha _{B}$ on Brewsteri nurk, $n_{2}$ ja $n_{1}$ vastavalt teise ja esimese keskkonna murdumisnäitajad.

Kasutades ära Brewsteri nurga omadusi, on võimalik konstrueerida plaatide süsteem, kus igale lahutuspinnale langev valgus peegeldub Brewsteri nurga all, tekitades lineaarselt polariseeritud valgus. Plaadid asetsevad üksteise suhtes nii, et eelmisest plaadist murduv valgus langeks järgmisele plaadile jälle Brewsteri nurga all. Kasutades sellist viisi polariseeritud valguse saamiseks, sobib polarisaatoriks ka tavaline klaas, kuid selle kasutegur on ainult 16% ühelt peegelduselt. 10 klaasplaadist koosnev süsteem peegeldab umbes 97% pealelangevast valgusest, aga selline valgus on liiga hajutatud enamus praktilisteks eesmärkideks.

Ringpolarisaator

Ringpolarisaatoreid kasutatakse ringpolarisatsiooni saamiseks. Ringpolarisatsiooni saavutamiseks on mitu viisi. Kõige tavalisem ja odavam viis on kasutada lineaarset polarisaatorit koos veerandlaine faasnihkeplaadiga. Veerandlaine faasnihkeplaat lahutab lineaarselt polariseeritud valgust kaheks risttasandites lineaarselt polariseeritud komponendiks, tekitab nende vahel $\pi /2$ faasivahe ja seejärel ühendab nad, tekitades ringpolariseeritud valgust.

Malusi seadus polarisaatorites

Malusi seadus on nime saanud prantsuse füüsiku Étienne-Louis Malusi järgi. Seadus määrab ideaalsest polarisaatorist väljuva valguse intensiivsust, kui pealelangev valgus on polariseeritud. Vastavalt seadusele polarisaatorit läbinud valguse intensiivsus $I$ on võrdeline polarisatsioonitasandi ja läbilasketasandi vahelise nurga $\alpha$ koosinuse ruuduga:

$I=I_{0}\cos(\alpha )^{2}$

Polariseerimata valguse puhul on võnkumiste siht täiesti juhuslik, mistõttu võib pealelangeva ja läbiva valguse intensiivsust kirjeldada seosega

$I={\frac {1}{2}}I_{0}^{2}$,

sest $cos(\alpha )^{2}$ keskmine väärtus on ${\frac {1}{2}}$. See kehtib aga ideaalsete polarisaatorite korral. Reaalsuses lasevad erinevad polarisaatorid alates 38% kuni märkimisväärselt üle 50% esialgsest intensiivsusest.