Поляриметрия - Polarimetry

Изображение Долины Смерти с помощью радиолокатора с синтезированной апертурой, раскрашенное с помощью поляриметрии.

Поляриметрия является измерение и интерпретация поляризации от поперечных волн , в первую очередь электромагнитных волн , таких как радио или световых волн . Обычно поляриметрия выполняется на электромагнитных волнах, которые прошли или были отражены , преломлены или дифрагированы некоторым материалом, чтобы охарактеризовать этот объект.

Плоский поляризованный свет:

Согласно волновой теории света считается , что обычный луч света колеблется во всех плоскостях, перпендикулярных направлению его распространения . Если этот обычный луч света проходит через николь-призму , выходящий луч имеет свою вибрацию только в одной плоскости.

Приложения

Поляриметрия тонких пленок и поверхностей широко известна как эллипсометрия .

Поляриметрия используется в приложениях дистанционного зондирования , таких как планетология , астрономия и метеорологический радар .

Поляриметрия также может быть включена в вычислительный анализ волн. Например, радары часто учитывают поляризацию волн при постобработке, чтобы улучшить характеристики целей. В этом случае поляриметрия может использоваться для оценки тонкой текстуры материала, помочь определить ориентацию небольших структур в мишени и, когда используются антенны с круговой поляризацией, определить количество отражений принятого сигнала ( хиральность циркулярно поляризованных волн чередуется с каждым отражением).

Визуализация

В 2003 году было сообщено о спектрополяриметрическом формирователе изображения в видимой ближней ИК-области (VNIR) с акустооптическим перестраиваемым фильтром (AOTF). Эти гиперспектральные и спектрополяриметрические формирователи изображений работали в диапазонах излучения от ультрафиолетового (УФ) до длинноволнового инфракрасного (LWIR). В AOTF пьезоэлектрический преобразователь преобразует радиочастотный (RF) сигнал в ультразвуковую волну. Затем эта волна проходит через кристалл, прикрепленный к преобразователю, и при входе в акустический поглотитель дифрагирует. Длину волны результирующих световых лучей можно изменить, изменив исходный радиочастотный сигнал. Гиперспектральные изображения VNIR и LWIR неизменно работают лучше, чем гиперспектральные. Эта технология была разработана в Исследовательской лаборатории армии США.

Исследователи сообщили о данных системы видимого ближнего инфракрасного диапазона (VISNIR) (0,4–0,9 микрометра), для которой требовался РЧ-сигнал мощностью менее 1 Вт. Представленные экспериментальные данные показывают, что поляриметрические сигнатуры уникальны для созданных руками человека предметов и не встречаются в природных объектах. Исследователи заявляют, что двойная система, собирающая как гиперспектральную, так и спектрополяриметрическую информацию, является преимуществом при создании изображений для отслеживания цели.

Оборудование

Поляриметра является основным научным инструментом используется , чтобы сделать эти измерения, хотя этот термин редко используется для описания процесса Поляриметрии , выполняемый с помощью компьютера, например , как это сделано в поляриметрическом радаре с синтезированной апертурой .

Поляриметрия может использоваться для измерения различных оптических свойств материала, включая линейное двулучепреломление , круговое двулучепреломление (также известное как оптическое вращение или оптическая вращательная дисперсия), линейный дихроизм , круговой дихроизм и рассеяние . Для измерения этих различных свойств было разработано множество конструкций поляриметров, некоторые из которых являются устаревшими, а некоторые используются в настоящее время. Наиболее чувствительные основаны на интерферометрах , тогда как более традиционные поляриметры основаны на компоновке поляризационных фильтров , волновых пластин или других устройств.

Астрономическая поляриметрия

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 , всплески гамма-излучения , вращение звезд, звездные магнитные поля, диски обломков , отражение в двойные звезды и космическое микроволновое фоновое излучение. Наблюдения с помощью астрономической поляриметрии выполняются либо как поляриметрия изображения, где поляризация измеряется как функция положения в данных изображения, либо как спектрополяриметрия, где поляризация измеряется как функция длины волны света, или поляриметрия с широкополосной апертурой.

Измерение оптического вращения

Оптически активные образцы, такие как растворы хиральных молекул, часто демонстрируют круговое двойное лучепреломление . Круговое двойное лучепреломление 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, перекрываются. Говорят, что свет, исходящий из призмы, имеет плоскую поляризацию, потому что его колебания имеют одно направление. Если две призмы Николя разместить 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 проходит через трубку, а призма на другом конце, прикрепленная к окуляру, вращается, чтобы достичь области полной яркости или области полутемной, полусветлой или полной темноты. Затем угол поворота считывается по шкале. То же явление наблюдается после угла 180 °. Удельное вращение образца , то может быть вычислено. Температура может влиять на вращение света, что следует учитывать при расчетах.

где:

  • [α] λ T - удельное вращение.
  • Т - температура.
  • λ - длина волны света.
  • α - угол поворота.
  • l - расстояние, которое свет проходит через образец, длина пути.
  • - массовая концентрация раствора.

Смотрите также

Рекомендации

Внешние ссылки