Поляризационные призмы

Обычно поляризационные призмы состоят из двух или более трехгранных призм, по меньшей мере одна из которых вырезается из оптически анизотропного (см. Оптическая анизотропия) кристалла. Конструктивно поляризационные призмы выполняют так, что проходящее через них излучение должно преодолеть наклонную границу раздела двух сред, на которой условия преломления света для компонент светового пучка, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, резко различаются. В частности, для одной из этих компонент на границе раздела могут выполняться условия полного внутреннего отражения, в результате чего через поляризационную призму проходит лишь другая компонента. Таковы, например, широко распространенные призмы Николя (часто называют просто николями) и Фуко, в которых пропускается необыкновенный луч е (см. Двойное лучепреломление, Кристаллооптика), а отсекается — поглощается или выводится в сторону — обыкновенный луч о. Подобные призмы называют однолучевыми.

Двухлучевые призмы пропускают обе взаимно-перпендикулярно линейно поляризованные компоненты исходного пучка, пространственно разделяя их. Чаще всего поляризационные призмы изготовляют из исландского шпата СаСО₃, прозрачного в диапазоне длин волн l = 0, 2—2 мкм, и кристаллического кварца SiO₂, прозрачного при l = 0, 185—3, 5 мкм.

Трехгранные призмы, из которых состоят однолучевые поляризационные призмы, часто склеивают прозрачным веществом с показателем преломления (ПП) n, близким к среднему значению ПП обыкновенного (n_o) и необыкновенного (n_e) лучей. Клеющими веществами служат канадский бальзам, глицерин, касторовое и льняное масла и другие. Во многих поляризационных призмах их части разделены не клеем, а воздушной прослойкой, что снижает потери на поглощение при высоких плотностях излучения и дает ряд преимуществ при работе в ультрафиолетовой (УФ) области спектра. Используют также прослойки из плавленого кварца. Применяют поляризационные призмы, в которых кристаллическая пластинка вклеена между двумя призмами из стекла, ПП которого близок к большему ПП кристалла. В таких призмах проходит обыкновенный луч, а отражается необыкновенный. Для того чтобы один из лучей претерпевал на границе раздела (склейки) полное внутреннее отражение, выбираются определенные значения преломляющих углов трехгранных призм и, как правило, определенные ориентации оптических осей кристаллов, из которых они вырезаны. Такое отражение происходит, если углы падения лучей на призму не превышают некоторых предельных углов I₁ и I₂. Сумма I₁ + I₂ называется апертурой полной поляризации поляризационной призмы; ее величина существенна при работе с призмой в сходящихся пучках излучения.

В поляризационных призмах со скошенными гранями (Николя, Фуко и др.) проходящий луч испытывает параллельное смещение, поэтому при вращении призмы вокруг луча последний также вращается. От этого и некоторых иных недостатков таких поляризационных призм свободны призмы в форме прямоугольных параллелепипедов: Глана — Томсона, Глана, Глазебрука, Франка — Риттера и прочие.

Из двухлучевых поляризационных призм наиболее распространены призмы Рошона, Сенармона, Волластона и некоторые другие. Один из двух пропускаемых лучей в призме Рошона и Сенармона не меняет своего направления, другой (необыкновенный) отклоняется на угол q (его величина ~5—6°), сильно зависящий от длины волны света: q = (n_o — n_e) tg a, где a — преломляющий угол трехгранных призм. Призма Волластона дает удвоенный угол расхождения лучей 2q (около 10°), причем при перпендикулярном падении отклонения лучей симметричны; эта призма применяется в поляризационных фотометрах, спектрофотометрах и поляриметрах. Угол а в поляризационной призме из исландского шпата близок к 30°, из кристаллического кварца — к 60°.

Для поляризационных призм, как правило, характерны незначительная апертура полной поляризации, высокая стоимость и относительно большие размеры. Они требуют аккуратного обращения, но практически лишены хроматической аберрации, незаменимы при работе в УФ области спектра и в мощных потоках оптического излучения и позволяют получать однородно поляризованные пучки, степень поляризации которых лишь на ~10-5 отличается от 1.