Przejście światła przez płytkę półfalową
Płytka półfalowa (półfalówka) – przezroczysta płytka wykonana z
anizotropowego
kryształu (zazwyczaj
kwarcu
), po przejściu przez którą
światło
zmienia swoją
polaryzację
. Działanie płytki wynika z tego, że światło padając prostopadle na taki kryształ rozdziela się na dwa promienie. Mają one ten sam kierunek, ale prostopadłe do siebie polaryzacje. Różnią się także prędkością rozchodzenia w krysztale, co powoduje, że mają do pokonania różne
drogi optyczne
. Jeśli odpowiednio dobrać długość płytki to po wyjściu z niej fazy obu promieni będą przesunięte względem siebie o π, co odpowiada różnicy dróg optycznych równej połowie długości fali.
Własności idealnej płytki półfalowej
- Przepuszcza całe padające na nią światło zmieniając tylko stan jego polaryzacji.
- Nie polaryzuje światła niespolaryzowanego.
- Światło spolaryzowane liniowo zamienia na światło spolaryzowane liniowo w kierunku, który jest odbiciem polaryzacji światła padającego względem jednej z osi (szybkiej).
- Zmienia światło spolaryzowane kołowo prawoskrętnie na światło spolaryzowane kołowo lewoskrętnie i odwrotnie.
Zasada działania
Płytka wykonana jest z materiału, w którym prędkość rozchodzenia się fali (światła) zależy od kierunku polaryzacji światła (
dwójłomność
). Światło padając na płytkę, w której
oś optyczna
jest równoległa do powierzchni płytki, nie rozszczepia się (obie składowe poruszają się w tym samym kierunku), jednak składowe fali o różnych polaryzacjach poruszają się z różnymi prędkościami – czoło fali o szybkim kierunku polaryzacji (
promień nadzwyczajny
dla kryształów optycznie ujemnych,
promień zwyczajny
dla kryształów optycznie dodatnich) wyprzedza
czoło fali
o wolnym kierunku polaryzacji (
promień nadzwyczajny
dla kryształów optycznie dodatnich,
promień zwyczajny
dla kryształów optycznie ujemnych). Dlatego następuje przesunięcie polaryzacji jednej względem drugiej. Różnica dróg optycznych wynosi
gdzie
- d to grubość płytki;
- Δn to dwójłomność (różnica współczynników załamania dla obu polaryzacji);
- ne -
współczynnik załamania
dla promienia nadzwyczajnego;
- no - współczynnik załamania dla promienia zwyczajnego.
Jeżeli kąt między płaszczyzną polaryzacji światła a jednym z kierunków głównych kryształu płytki wynosi α, to po przejściu przez półfalówkę, płaszczyzna polaryzacji światła ulegnie skręceniu o kąt 2α. Aby otrzymać przesunięcie o pół długości fali (λ), należy odpowiednio dobrać grubość płytki, tak aby
gdzie a mod b oznacza resztę z dzielenia a przez b (zobacz
arytmetyka modularna
).
Płytka półfalowa różni się od ćwierćfalowej tylko swoją grubością. Ze względu na
dyspersję
, półfalówka działa tylko dla określonej długości fali (zazwyczaj dla linii żółtej
sodu
). Dla innych długości fali półfalówka może być ćwierćfalówką lub nie dawać żadnego efektu.
Zastosowanie
Stosowana jest w przyrządach optycznych, tam gdzie potrzebna jest zmiana stanu polaryzacji światła lub dokonywana jest analiza stanu polaryzacji światła, m.in. w
Zobacz też
Bibliografia
- Szczepan
Szczeniowski
: Fizyka Doświadczalna. PWN Warszawa 1954, 1954, s. 300.