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);

n_e - współczynnik załamania dla promienia nadzwyczajnego;

n_o - 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

• polarymetrach ;
• mikroskopii polaryzacyjnej .

Zobacz też

• płytka ćwierćfalowa
• dwójłomność

Bibliografia

• Szczepan Szczeniowski : Fizyka Doświadczalna. PWN Warszawa 1954, 1954, s. 300.