웨이브플레이트

광축에 평행한 전기장

축에 수직인 전기장

결합장

반파판으로 들어가는 선형 편광은 파형의 광축에 평행하고 수직인 두 파형으로 분해할 수 있다. 판에서 평행파는 수직파보다 약간 느리게 전파된다. 판의 저편에서 평행파는 수직파에 비해 지연된 파장의 정확히 절반이며, 그 결과 조합은 진입 양극화 상태(광축에 상대적)의 거울상이다.

파판 또는 지각기는 그것을 통해 이동하는 광파의 양극화 상태를 변화시키는 광학 장치다. 두 가지 일반적인 형태의 파형은 선형 편광의 양극화 방향을 전환하는 반파판과 선형 편광광을 원형 편광으로 변환하는 사분파판이다.^[1] 4파형 판은 타원형 양극화 생성에도 사용될 수 있다.

파형은 두 개의 특정 수직 결정 축 중 하나 또는 다른 하나를 따라 선형 편광된 빛에 대해 굴절 지수가 다른 2중성 물질(쿼트, 마이크로 또는 플라스틱 등)으로 구성된다. 파판(반파판, 사반파판 등)의 거동은 결정의 두께, 빛의 파장, 굴절률의 변화에 따라 달라진다. 이러한 변수들 사이의 관계를 적절히 선택함으로써, 광파의 두 양극화 요소들 사이에 제어된 위상 변화를 도입하여 그 양극화를 변화시킬 수 있다.^[1]

특히 민감-틴트(전파) 및 쿼터-파판의 일반적인 용도는 광학 광물학에 있다. 석유 현미경의 편광기 사이에 판을 추가하면 특히 가시 결정 부분 내에서 광학 지시자의 모양과 방향을 감산할 수 있어 암석의 얇은 부분에서의 광물 식별이 용이하다.^[2] 이 정렬은 평면 편광과 교차 편광에서 매우 유사하게 보이는 광물들 사이의 구별을 가능하게 한다.

작동 원리

단축 결정의 파동은 광축에 수직인 두 개의 구성 요소로 분리되며, 다른 속도로 위상이 축적된다. 이것은 파동의 양극화 상태를 조작하는 데 사용될 수 있다.

로터리 마운트에 장착된 웨이브 플레이트

웨이브 플레이트는 광파의 두 수직 편광 성분 사이에서 위상을 이동시킴으로써 작동한다. 전형적인 물결판은 방향과 두께를 세심하게 고른 바이얼링 크리스털이다. 결정체를 판으로 자르고, 판의 광축이 판의 표면에 평행하도록 절단 방향을 선택한다. 이 경우 절단면의 평면에 굴절률 n이_o 있는 일반 축과 굴절률 n이_e 있는 비상 축의 두 축이 발생한다. 일반 축은 광축에 수직이다. 비범한 축은 광축과 평행하다. 플레이트에 일반적으로 발생하는 광파의 경우, 일반 축을 따르는 양극화 요소는 속도 v_o = c/n으로_o 결정체를 통과하고, 비상 축을 따르는 양극화 요소는 속도_e v = c/n으로_e 이동한다. 이는 두 구성 요소가 결정에서 빠져나갈 때 위상 차이로 이어진다. n_e < n_o, calcite에서와 같이 비범한 축을 빠른 축이라고 하고 보통 축을 느린 축이라고 한다. n_e > n의_o 경우 상황은 역전된다.

결정의 두께에 따라 양 축을 따라 양극화 성분을 가진 빛이 다른 양극화 상태로 나타나게 된다. 웨이브플레이트는 두 성분에 전달되는 상대상 Ⅱ의 양이 특징인데, 이는 공식에 의해 결정의 이륜성 Δn과 두께 L과 관련이 있다.

\Gamma ={\frac {2\pi \,\Delta n\,L}{\lambda _{0}}

여기서 λ은₀ 빛의 진공 파장이다.

편광기뿐만 아니라 일반적으로 파동판은 빛의 편광 상태를 나타내는 벡터와 파동판이나 편광기의 선형 변환을 나타내는 행렬을 사용하는 존스 행렬 형식주의를 사용하여 설명할 수 있다.

이뇌동성 Δn은 분산으로 인해 약간 달라질 수 있지만, 이는 고정된 경로 차이(위 방정식의 분모에 있는₀ Δn)로 인한 빛의 파장에 따른 위상차이의 변화에 비하면 무시해도 좋다. 따라서 파장은 특정 범위의 파장에 대해 작동하도록 제조된다. 위상 변동을 최소화 할 수 있는 것은 두께가 아주 작은 두 개의 파형을 앞뒤로 쌓고, 한 개의 느린 축은 다른 축의 빠른 축을 따라 쌓는 것이다. 이 구성을 통해 전달되는 상대 위상은 4분의 3 또는 4분의 1+정수가 아닌 파장의 4분의 1이 될 수 있다. 이것을 제로오더 웨이브플레이트라고 한다.

단일 파장의 경우 빛의 파장을 변화시키면 위상에 선형 오류가 발생한다. 웨이브 플레이트의 기울기는 1/cos θ의 계수(여기서 tilt은 기울기 각도)를 통해 경로 길이로 들어가므로 2차적으로만 위상 안으로 들어간다. 비정상적인 양극화의 경우 기울기는 또한 cos factor 계수를 통해 굴절 지수를 보통으로 변경하므로 경로 길이와 결합하면 기울기로 인한 비정상적인 빛에 대한 위상 변화는 0이다.

0순서의 양극화 독립 위상 변화는 1파장 두께의 플레이트가 필요하다. 석회석의 경우 굴절률이 소수점 첫째 자리에서 변화하므로 진정한 제로 오더 판은 하나의 파장보다 10배 두께가 된다. 불소화 석영과 마그네슘의 경우 두 번째 소수점에서의 굴절률 변화 및 참 제로 순서 판은 1μm 이상의 파장에 공통적이다.

판형식

반파판

반파판을 통과하는 파도.

반파판의 경우 L, Δn, λ의₀ 관계를 선택하여 양극화 성분의 위상 편차가 γ = π. 이제 양극화 벡터 $\mathbf {\hat {p}}$ $\mathbf {\hat {p}}$ ${\$ 을(를) 갖는 선형 편극파가 결정에서 발생한다고 $\mathbf {\hat {p}}$ 가정한다. $\mathbf {\hat {p}}$ ^ ${\$ 과 $\mathbf{\hat p}$ ( $\mathbf {\hat {f}}$ f $\mathbf {\hat {f}}$ ^ {\ $displaystyle$ \ $mathbf {\f}}$ 사이의 각도를 나타냅시다 $\mathbf {\hat {f}}$ 여기서 $\mathbf {\hat {f}}$ ^ ${\$ 은 파형의 고속 축을 따라가는 벡터다 $\mathbf {\hat {f}}$ . z는 파동의 전파 축을 나타내도록 한다. 사건 파동의 전장은

\mathbf {E} \,\mathrm {e} ^{i(kz-\omega t)}=E\,\mathbf {\hat {p}} \,\mathrm {e} ^{i(kz-\omega t)}=E(\cos \theta \,\mathbf {\hat {f}} +\sin \theta \,\mathbf {\hat {s}} )\mathrm {e} ^{i(kz-\omega t)},

$\mathbf {\hat {s}}$ 서 s $\mathbf {\hat {s}}$ ${\$ 은(는) 파형의 느린 축을 따라 $\mathbf {\hat {s}}$ 놓여 있다. 반파판의 효과는 파형의 f 성분과 s 성분 사이에 위상 편이 용어^iΓ e = e^iπ = -1을 도입하여, 이제 결정에서 벗어나면 파형이 주어진다.

E(\cos \theta \,\mathbf {\f} -\sin \theta \,\mathbf {\s})\mathrm {e}^{i(kz-\omega t)}=E[\cos(-\theta )\mathbf {\f} +\sin(-\theta )\mathbf {\\hat{s} ]\mathrm {e} ^{i(kz-\omega t)}}.

$\mathbf {\hat {p}} '$ $\mathbf {\hat {p}} '$ $^{\$ p}}'}이(가) 파형을 벗어나는 파형의 양극화 벡터를 가리킨다면 $\mathbf {\hat {p}} '$ , 이 식에서는 $\mathbf {\hat {p}} '$ $\mathbf {\hat {p}} '$ ^ $\mathbf {\hat {p}} '$ ${\$ $\mathbf {\f}$ 과 $\mathbf{\hat p}'$ (와) $^$ {\ $displaystyp$ } 사이의 각도가 -d임을 $\mathbf {\hat {f}}$ 알 수 있다. 분명히 반파판의 효과는 벡터 $\mathbf {\hat {f}}$ $\mathbf {\hat {f}}$ ${\$ 과 $\mathbf{\hat f}$ $($ 와) $^$ {\ $displaystyle$ \ $mathbf {\hat{z}}$ 에 의해 형성된 평면을 통해 파형의 양극화 벡터를 미러링하는 것이다 $\mathbf {\hat {z}}$ 선형 편광의 경우, 이것은 반파판의 효과가 썩는 것과 같다.편광 벡터를 2㎛ 각도로 먹었지만 타원형 극광의 경우 반파판도 빛의 손길을 뒤집는 효과가 있다.^[1]

쿼터파 판

한 축에 대해 1/4 위상 이동에 의해 다른 두 파동.

쿼터파 플레이트 및 편광 필터를 이용한 원형 편광 생성

4파판의 경우 L, Δn, λ의₀ 관계를 선택하여 양극화 요소 간의 위상 편이 γ = π/2가 되도록 한다. 이제 선형 편극 파동이 결정체에 발생한다고 가정합시다. 이 물결은 다음과 같이 쓸 수 있다.

(E_{f}\mathbf {\f} +E_{s}\mathbf {\hat {\s} )\mathrm {e}^{i(kz-\omega t)}}}

여기서 f축과 s축은 각각 쿼터파 판의 빠른 축과 느린 축으로, 파동은 z축을 따라 전파되며 E와_f E는_s 실제적이다. 쿼터파 판의 효과는 파형의 f와 s 성분 사이에 위상 편이 용어^iΓ e =e^iπ/2 = i를 도입하여, 이제 결정에서 벗어나면 파형이 주어진다.

{\displaystyle(E_{f}\mathbf {\f}} +iE_{s}\mathbf {\hat {\s})\mathrm {e}^{i(kz-\omega t)}}.}

파도는 이제 타원형으로 편극되어 있다.

파형의 빠르고 느린 축으로 45°를 만들도록 입사파의 양극화 축을 선택한 경우_f E = E_s e E, 파형을 벗어날 때 발생하는 파동은

E(\mathbf {\f} +i\mathbf {\s}}\mathrm {e}^{i(kz-\omega t)},

그리고 파도는 원형으로 편극되어 있다.

입사파의 양극화 축을 선택하여 파판의 빠른 축이나 느린 축으로 0°를 만들면 양극화는 변하지 않으므로 선형으로 유지된다. 각도가 0°와 45° 사이에 있으면 결과 파형은 타원형 편극성을 갖는다.

순환 양극화는 위상 차이가 90°인 두 개의 선형 편광의 합으로 시각화할 수 있다. 출력은 입력의 양극화에 따라 달라진다. 양극화 축이 파형의 느린 축과 빠른 축과 평행하다고 가정합시다.

들어오는 광자(또는 빔)의 양극화는 x축과 y축의 두 편광으로 해결할 수 있다. 입력 양극화가 빠른 축이나 느린 축과 평행하면 다른 축의 양극화가 없기 때문에 출력 양극화는 입력과 동일하다(상만 다소 지연되거나 지연될 뿐이다). 입력 양극화가 빠른 축과 느린 축에 45°인 경우 해당 축의 양극화는 동일하다. 그러나 저속 축의 출력 위상은 고속 축의 출력과 함께 90° 지연된다. 진폭은 아니지만 두 사인 값이 모두 표시되면 x와 y를 합치면 원이 설명된다. 0° 또는 45°가 아닌 다른 각도에서 빠른 축과 느린 축의 값은 다를 것이며 그 결과 출력은 타원을 설명할 것이다.

전파 또는 민감-틴트 플레이트

전파판은 빛의 한 파장에 대해 두 양극화 방향 사이에 정확히 한 파장의 위상 차이를 도입한다. 광학 광물학에서는 녹색등(파장=540nm)용으로 설계된 전파판을 사용하는 것이 일반적이다. 플레이트를 통과하는 선형 편광 백색 광선은 선형으로 유지되는 540nm 빛을 제외하고 타원 편광된다. 원래 양극화에 수직인 선형 편광기가 추가되면 이 녹색 파장은 완전히 소멸되지만 다른 색상의 원소는 그대로 남는다. 이는 이러한 조건 하에서 플레이트가 강렬한 적색 선글라스로 나타나게 된다는 것을 의미하며, 때로는 "민감한 색조"라고 알려져 있다.^[3] 이것은 이 판의 대체 이름인 민감한 int 플레이트 또는 (덜 흔하게) 빨간 int 플레이트를 발생시킨다. 이 판들은 암석의 얇은 부분에서 광물을 식별하는 것을 돕기 위해 광물학에서 널리 사용된다.^[2]

다중 순서 대 제로 순서 파장

다중 순서 파형은 정격 지연의 정수 배수를 생성하는 단일 바이어프링 결정으로 만들어진다(예를 들어, 다중 순서 반파 판은 37˚/2의 절대 지연을 가질 수 있다). 이와는 대조적으로, 제로 오더 파형은 정확히 지정된 지연을 생성한다. 이는 두 개의 다차선 파형 판을 결합하여 지각의 차이가 파형 판의 순(참) 지연을 산출하도록 함으로써 달성할 수 있다. 제로오더 파장은 온도와 파장 이동에는 덜 민감하지만 다중오더 파장보다는 비싸다.^[4]

양극화 필터를 사이에 두고 일련의 다른 순서의 파장을 쌓으면 Lyot 필터가 생성된다. 광전송 스펙트럼에서 광범위하게 튜닝할 수 있는 패스밴드를 얻기 위해 필터를 회전시키거나, 또는 파장판을 액정 레이어로 교체할 수 있다.

광물학 및 광학 암염학에서 파장류 이용

민감-틴트(전파)와 쿼터파 판은 광학 광물학 분야에서 널리 사용되고 있다. 석유 현미경의 편광기 사이에 판을 추가하면 특히 가시 결정 부분 내에서 광학 지시자의 모양과 방향을 감산할 수 있어 암석의 얇은 부분에서 광학 식별이 용이하다.^[2]

실용적으로, 판은 45도의 각도로 수직 편광기 사이에 삽입된다. 이를 통해 현미경의 십자선 아래 광물을 조사하기 위해 두 가지 다른 절차를 수행할 수 있다. 첫째로, 일반적인 교차 편광 광선에서는, 판을 추가할 때 가시 간섭 색상이 한 순서씩 증가하는지 감소하는지 여부에 기초하여 판을 사용하여 결정 연장(즉, 광물이 "길이 느림"인지 "길이 빠름"인지)에 상대적인 광학 지시체의 방향을 구별할 수 있다. 둘째로, 조금 더 복잡한 절차를 통해 광물의 광각 측정이 가능하도록 간섭 그림 기법과 함께 틴트 플레이트를 사용할 수 있다. 광각(종종 "2V"로 표기됨)은 광물 유형의 진단일 수 있으며, 어떤 경우에는 단일 광물 유형 내의 화학적 조성 변화에 대한 정보를 노출할 수 있다.

참고 항목

참조

^ ^a ^b ^c Hecht, E. (2001). Optics (4th ed.). pp. 352–5. ISBN 0805385665.
^ ^a ^b ^c Winchell, Newton Horace; Winchell, Alexander Newton (1922). Elements of Optical Mineralogy: Principles and Methods. Vol. 1. New York: John Wiley & Sons. p. 121.
^ "Tint plates". DoITPoMS. University of Cambridge. Retrieved Dec 31, 2016.
^ "Understanding Waveplates". www.edmundoptics.com. Edmund Optics. Retrieved 2019-05-03.

외부 링크

RP 광전자 백과사전 개발
편광기 및 파장 애니메이션

[hecht-1] Hecht, E. (2001). Optics (4th ed.). pp. 352–5. ISBN 0805385665.

[Winchell121-2] Winchell, Newton Horace; Winchell, Alexander Newton (1922). Elements of Optical Mineralogy: Principles and Methods. Vol. 1. New York: John Wiley & Sons. p. 121.

[3] "Tint plates". DoITPoMS. University of Cambridge. Retrieved Dec 31, 2016.

[4] "Understanding Waveplates". www.edmundoptics.com. Edmund Optics. Retrieved 2019-05-03.

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