Управление эллиптичностью излучения с помощью плоскопараллельных кристаллических пластинок произвольной толщины

Андреев, Павел Сергеевич

Управление эллиптичностью излучения с помощью плоскопараллельных кристаллических пластинок произвольной толщины тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.05 ВАК РФ

Андреев, Павел Сергеевич АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Хабаровск МЕСТО ЗАЩИТЫ

2010 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Управление эллиптичностью излучения с помощью плоскопараллельных кристаллических пластинок произвольной толщины»

Автореферат диссертации на тему "Управление эллиптичностью излучения с помощью плоскопараллельных кристаллических пластинок произвольной толщины"

На правах рукописи

АНДРЕЕВ ПАВЕЛ СЕРГЕЕВИЧ

УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЛИПТИЧНОСТЬЮ ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНЫХ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛАСТИНОК ПРОИЗВОЛЬНОЙ ТОЛЩИНЫ

01.04.05-Оптика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Хабаровск-2010

004606125

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ

доктор физико-математических наук, профессор Строганов Владимир Иванович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Карпец Юрий Михайлович

кандидат физико-математических наук, доцент Щербаков Юрий Иванович

Ведущая организация: Дальневосточный филиал ФГУП ВНИИФТРИ

Защита состоится 9 июня 2010 г. в 16— часов на заседании регионального диссертационного совета ДМ 218.003.01 при ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения» по адресу: 680021, Хабаровск, ул. Серышева, 47, конференц-зал 2-ого учебного корпуса.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Дальневосточный государственный университет путей сообщения».

Автореферат разослан 7 мая 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук

Шабалина Т.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Оптика анизотропных сред занимает все большее место в области линейной и нелинейной оптики. Из оптических кристаллов изготавливают различные элементы - плоскопараллельные пластинки, призмы и т. д. В нелинейной оптике одним из элементов является кристалл-преобразователь частоты излучения; в линейной оптике могут использоваться пластинки и призмы, например, в резонаторе лазера для вывода части излучения (лазер с управляемой добротностью) или для электрооптической модуляции излучения.

Необычность оптических процессов в данных элементах связана со значительным своеобразием распространения в кристаллах необыкновенного луча. Угол отражения необыкновенного луча может быть не равен углу падения; угол падения и отражения может быть больше 90 градусов.

Однако, не смотря на эти особенности, в печати нет литературы по «анизотропной оптике», доступной рядовому инженеру-оптику и студенту-оптику. Хотя солидные монографии по данным вопросам имеются [1-4].

Например, углы преломления и отражения прошедшего в пластинку необыкновенного луча различны. В направлении отраженных лучей распространяется не два, как казалось бы должно быть (обыкновенный и необыкновенный лучи), а четыре. Два из них лежат в плоскости отражения, а два в плоскости, смещенной на значительное расстояние от плоскости отражения [3].

Плоскопараллельные пластинки, изготовленные из одноосных кристаллов, используются в оптике в качестве фазовых элементов для задания излучению определенной эллиптичности. Это обычно полуволновые и четверть волновые пластинки. Изготовление таких пластинок является достаточно трудоемкой задачей, стоимость их велика. И к тому же недостатком является невозможность непрерывного изменения эллиптичности излучения. Изучение особенностей получения эллиптически поляризованного света с заданной эллиптичностью с помощью плоскопараллельной кристаллической пластинки, используемой нетрадиционным способом, является одной из актуальных задач «анизотропной оптики».

К тому же в нелинейной оптике, квантовой электронике возникают задачи по сложению двух и более лучей в плоскопараллельной кристаллической пластинке.

При сложении ортогонально поляризованных волн, получают излучение с линейной, циркулярной или эллиптической поляризацией. Этот метод хорошо разработан и содержит многочисленные результаты. В последнее время появились работы по изучению свойств света с новыми типами поляризации - полярным светом, когда луч содержит совокупность гармоник и каждая из них поляризована в одном и том же направлении.

Представляют значительный интерес свойства света с продольной поляризацией, а так же свойства света, полученного при сложении двух пучков, когда направления векторов напряженности электрических полей не ортогональны и не равны нулю.

Последний случай может быть реализован для лазера, содержащего две продольные моды, в которых направление вектора напряженности в каждой моде меняется и меняется со временем разность фаз между лучами. Не отмечены в литературе свойства света с оптическими фигурами Лиссажу.

Таким образом, исследования в направлении создания источников света с новыми типами поляризации, использование для этой цели элементов «анизотропной оптики» и

выявление характерных особенностей физических процессов с таким излучением является актуальной задачей.

Цели и задачи работы

Целью работы является выявление особенностей излучения с нетрадиционными типами поляризации света и при управлении эллиптичностью, степенью поляризации, полярностью света с помощью элементов «анизотропной оптики».

Необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ литературных данных по реализации новых нетрадиционных типов поляризации света.

2. Провести анализ литературных данных по поляризационным устройствам для задания определенных характеристик света, созданным на основе элементов «анизотропной оптики».

3. Изучить свойства света, полученного за счет сложения пучков излучения с неортогональными поляризациями.

4. Проанализировать характеристики света, в котором вектор напряженности электрического поля описывает фигуры Лиссажу.

5. Изучить характеристики полярного света, состоящего из двух компонент (ш, 2<в или со, Зю) и возможность управления полярностью за счет использования анизотропной плоскопараллельной пластинки.

6. Выявить характерные особенности света с продольной поляризацией.

7. Рассмотреть некоторые особенности проявления физического отклика в кристаллах при воздействии света с нетрадиционным типом поляризации.

8. Рассмотреть возможность управления эллиптичностью лазерного пучка за счет использования «анизотропных элементов».

9. Рассмотреть влияние немонохроматичности на характеристики эллиптичности лазерного пучка.

10. Выявить возможность внесения необходимой эллиптичности в широкополосное излучение оптического пучка.

Методы исследования

При проведении физических исследований и расчетов использованы современные оптические методы, приборы и вычислительная техника (Лазерная техника, методы селективного усиления сигнала, спектральная техника (спектральный комплекс СДЛ-41). При определении эллиптичности пучков излучения использована современная поляризационная техника (поляризаторы и анализаторы на основе одноосных оптических кристаллах, поляроиды, плоскопараллельные кристаллические пластинки из Р^Р2). Использовались статистические методы обработки результатов измерений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ

1. Показано, что при сложении излучений с неортогональными поляризациями образуется свет с линейной, эллиптической и циркулярной поляризацией.

2. Впервые рассчитаны поляризационные фигуры Лиссажу для светового излучения, при использовании параметрических уравнений.

3. Полярностью света можно управлять за счет поворота изотропной или анизотропной плоскопараллельной пластинки вокруг оси, лежащей в плоскости пластинки.

4. Показано, что наиболее целесообразно использовать для управления эллиптичностью и степенью поляризации плоскопараллельную пластинку, изготовленную из кристалла MgF2 с оптической осью кристалла, направленной вдоль луча и осью вращения пластинки, лежащей в плоскости пластинки. Могут использоваться плоскопараллельные пластинки любой толщины.

5. Обнаружено, что в системе поляризатор - кристалл - анализатор мешающее влияние Френелевского отражения может быть скомпенсировано поворотом кристалла на некоторый небольшой угол (1-5-5°).

6. Выяснено, что система, состоящая из двух плоскопараллельных пластинок, в которых оптические оси ориентированы взаимно перпендикулярно, позволяет задавать в широкой области необходимую эллиптичность широкополосного излучения.

Практическая ценность работы

Все полученные в диссертации результаты и используемые методы могут служить основной для создания новых оптических приборов и установок, а также могут быть использованы в неразрушающих исследованиях и контроле.

Связь с государственными программами и НИР

Диссертационная работа автора связана с фундаментальной научно-исследовательской госбюджетной темой ОАО «РЖД» «Анизотропное отражение и электрооптические свойства кристаллов», выполнявшейся на кафедре физики Дальневосточного государственного университета путей сообщения.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1) на международном симпозиуме (Третьи Самсоновские чтения) «Принципы и процессы создания неорганических материалов». - Хабаровск, 12-15 апреля 2006 г.;

2) VI региональной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования», Благовещенск, 2006 г.;

3) 6 школе по когерентной оптике и голографии. - Иркутск. -4-9 сентября 2007 г.;

4) научной сессии МИФИ. - Москва. - 22-26 января 2007 г.;

5) международной конференции по опто- и микроэлектронике. - г. Владивосток - 2007 г.;

6) международной конференции «Оптика - 2007», Санкт-Петербург, 2007 г.;

7) международной научной конференции «Оптика кристаллов и наноструктур». - Хабаровск, 2008 г.;

8) международном оптическом конгрессе «Оптика - 2008». - Санкт-Петербург, 2008 г.;

9) VI международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». - Томск, 2009 г.;

10) На VI международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика -2009». - Санкт-Петербург, 2009 г.;

11) На VIII региональной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования». - Благовещенск, 2009 г.

Публикации и вклад автора

По результатам работы лично автором и в соавторстве опубликовано 31 работа, список которых приведен в конце автореферата. Автор принимал непосредственное участие совместно с О.Ю. Пикуль и Г.В. Куликовой в подготовке образцов и экспериментальной

установки, постановке и проведении экспериментов, обработке и обсуждении результатов. Часть экспериментов проведена автором самостоятельно.

Структура и объем работы

Текст диссертации изложен на 113 страницах, состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и списка литературы, содержащего 138 наименований. Содержит 52 рисунка.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. При сложении излучений с неортогональными поляризациями образуется свет с линейной поляризацией при разности фаз 5 = 0 и 180° при любых значениях 0 (0 - угол между векторами Е для смешиваемых пучков), с циркулярной поляризацией при условии 8 = 18О°-0 (9 - угол между векторами Е смешиваемых волн; S - разность фаз между компонентами).

2. При повороте плоскопараллельной кристаллической пластинки вокруг вертикальной оси, лежащей в плоскости пластинки можно управлять эллиптичностью, степенью поляризации излучения и полярностью света.

3. Система, состоящая из двух плоскопараллельных пластинок с взаимно перпендикулярными оптическими осями делает возможными задание необходимой эллиптичности, степени поляризации в значительной области широкополосного излучения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность и практическая значимость работы, определена цель диссертации, кратко изложено содержание работы, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор литературы по вопросам, рассматриваемым в диссертации. Описаны нетрадиционные типы поляризации световых волн; методы управления эллиптичностью и степенью поляризации излучения.

Во второй главе приведены результаты по исследованию степени поляризации и эллиптичности излучения, образованного двумя лучами с неортогональными поляризациями. Рассмотрены фигуры Лиссажу световых волн; свойства полярного света и света с продольной поляризацией.

В параграфе 2.1 представлены расчеты степени поляризации и эллиптичности света, образованного лучами с неортогональными поляризациями. В этом случае происходит сложение двух линейно-поляризованных волн с векторами напряженности электрических полей Е расположенных под углом 0 друг относительно друга и разностью фаз 5. Полагаем, что интенсивность этих лучей одинакова. При рассмотрении использовали параметрический метод построения эллипса поляризации. Из эллипса поляризации находили степень поляризации Р:

г,1-1 Р = -тп_

где Imax, ¡min - максимальная и минимальная интенсивность и эллиптичность у

у = arctg | —

(2)

где а, Ъ - длины большой и малой осей эллипса поляризации.

Обычно выражение (1) используется для частично-поляризованного света, но в данном случае применяется в качестве характеристики эллиптически поляризованного света. То есть, если свет линейно поляризован Р - 1, у = 0. Если свет циркулярно поляризован Р = 0, у = 0,78 радиан (у = 45°).

На рис. 1, для примера, приведены эллипсы поляризации для разных значений разности фаз 5 между лучами, когда угол 8 между векторами равен 45°.

Рис. 1. Эллиптичность излучения, полученного за счет сложения двух лучей. Угол 0 между векторами Ёг и Ё2 равен 45°. Значение 5, град: 1 -0°; 2 -90°; 3 - 135°; 4 -160°; 5 - 180°

Эллиптичность излучения и степень поляризации меняются в значительных пределах. При 5 = 0 и 180° при любых значениях 0 излучение линейно-поляризовано (прямые 1 и 5). Прямые 1 и 5 всегда (при любых 0) ортогональны.

На рис. 2 приведена зависимость степени поляризации Р и эллиптичности у от разности фаз 8. Видно, что в отличие от традиционного случая (5 = 90°) циркулярно поляризованное излучение возникает, когда 5 = 5ЦП= 180°-9, между векторами и Ё2. Если 0 = 20°, то 5ц.п.= 160°; при 0 = 45°, то 6ЦП=135°, а при 6 = 90°, то бц.п.= 90° и так далее.

Отметим, что при изменении углов 8 и 0 между Е1 и Ё: изменяется значение (длина а) большой оси эллипса поляризации (рис. 3).

Использование устройств с 0 отличным от 90° открывает дополнительные возможности в создании вращателей вектора Ё и излучателей циркулярно-поляризованного излучения.

Отметим, что природа поступила достаточно мудро, выбрав из множества имеющихся возможностей наиболее удобный и привлекательный способ и предоставив условия для создания систем с 0 = 90° и возможностью простого и удобного задания необходимых значений 8 в оптических анизотропных кристаллах.

20 40 63 80 100 120

Рис. 2. Зависимость степени поляризации Р (кривая 1) и эллиптичность у (кривая 2-4) от 8.

Б.трад.

Рис. 3. Зависимость значения большой оси а эллипса поляризации от 8.

Значения 6, град: 1,3-45°;2-90о;4-20° Значения 6, град.: 1-20°; 2-45°; 3-90°; 4-110°

В параграфе 2.2 представлены результаты расчетов оптических фигур Лиссажу. Рассмотрены случаи, когда используются две волны с 0 = 90° и 0 Ф 90° монохроматического лазерного излучения с частотами <в и 2ш или со и Зю для разных значений угла 0. Для расчета использованы параметрические уравнения.

£, = вт (со0; Ег = вт (2см + 5); Еъ = вт (Зсй + 8),

(3)

где параметром является он.

Вектора напряженности Е^ Е: или Е}, Е3 расположены под углом 0 друг относительно друга, при этом имеется относительная разность фаз 6. Результаты расчета для случая ш и 2ю показаны на графиках рис. 4.

в 2

1 Е1

^^^^ Е2

-2—-Г -1 1 2

-2

Рис. 4. "Эллиптичность" излучения (фигуры Лиссажу), полученного за счет сложения двух лучей. Угол 0 между векторами Ег и Е. равен 20°. Значение 8, град: а _ 0°; б - 40°; в - 100°; г - 160°; д- 180° (со, 2ш)

Для разности фаз 5 = 90° фигуры Лиссажу не замкнуты при любом угле 0.

Несколько иные графики получаются для случая со и Зсо (рис. 5). В том и другом случаях, для кривых, приведенных на рис. 4 и рис. 5 характерен своеобразный «поляризационный гистерезис». Такой гистерезис, вероятно, должен проявиться в сегнетоэлек-трических кристаллах со сложной доменной структурой.

2 г i Ё1 д г ■ i Е1

—' ft ^ Е2

л -1

•2 -2

Рис. 5. Фигуры Лиссажу излучения, полученного за счет сложения двух лучей. Угол 9 между векторами и Е: равен 20°. Значение 8, град: а - 0°; б - 40°; в - 130°; г - 160°; д - 180° (со, Зсо)

В данном случае (рис. 5) не замкнутость траектории реализуется при разности фаз равной 0° и 180°.

В параграфе 2.3 приведены характеристики полярного света, образованного при сложении двух волн с частотами со, 2со или со, Зсо. При прохождении полярного света через изотропную или анизотропную плоскопараллельную пластинку возникает разность фаз 8 между волнами с частотами со и 2со или со и Зсо, что приводит к изменению полярности излучения. Используя полярный свет (со, 2со) можно записать в изотропной среде волну нелинейной поляризации среды (для 2со) и генерировать излучение второй гармоники в этой среде.

В параграфе 2.4 отмечены особенности образования света с продольной поляризацией.

Рассмотрены две плоские оптические волны, распространяющиеся друг относительно друга под углом ср. Векторы Ех и Ё2 находятся в плоскости рисунка. В результате образуется плоская продольная волна с вектором

этой волны промодулирован с периодом д = _

направленным вдоль оси у. Фронт

sin\

Скоростью фронта волны можно в значительных пределах управлять. При ср/2 = 0 скорость D = с, при ф/2 стремящемся к 90° скорость стремится к бесконечности. Таким образом, в области пересечения лучей образуется волновое поле с плоским фронтом. Эта электромагнитная волна продольна. Напряженность электрического поля равна Ew¡ = 2 Е0 sin (ф/2).

Далее приведены некоторые примеры (параграф 2.5) проявления нетрадиционных типов поляризации в физическом эксперименте.

При освещении оптически активного кристалла двумя пучками лучей с неортогональными поляризациями замечены значительные изменения в структуре коноскопиче-ской картины.

Ожидается, что свет с фигурами Лиссажу вызовет несколько необычный отклик при наблюдении пироэлектрического отклика, при регистрации эффекта оптического выпрямления и фотовольтаическом эффекте.

Полярный свет открывает дополнительные возможности в генерации второй оптической гармоники в центросимметричных средах.

Продольные световые волны могут оказаться полезными при создании протяженного оптического разряда в газах (создание плазмотрона с продольной накачкой), при генерации эктонов с поверхности металла и других областях физики и техники.

В третьей главе (§3.1—§3.3) показано, что для управления эллиптичностью излучения целесообразно использовать плоскопараллельную кристаллическую пластинку произвольной толщины с оптической осью перпендикулярной плоскости пластинки. Управление эллиптичностью осуществляется за счет поворота пластинки на определенный заданный угол вокруг оси, лежащей в плоскости пластинки. Для изготовления таких пластинок можно использовать кристаллы (рис. 6). Приведены характеристики (степень поляризации, эллиптичность, пропускание) пластинок, изготовленных из кристаллов и ЫМЬ03.

В этом случае первоначальная разность фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами отсутствует (п„-пе = 0). При повороте пластинки на определенный угол 0 разность фаз увеличивается от 0 до достаточно больших значений, что приводит к изменению эллиптичности от 0 (0 = 0) до максимальных значений (циркулярно-поляризованный свет), повторяющихся периодически (рис. 6) при дальнейшем повороте пластинки. Отметим, что апертурно-угловая характеристика, 0а пластинки в полтора, два раза больше в последнем случае по сравнению со случаем, когда оптическая ось расположена в плоскости пластинки (0а - угол поворота пластинки, при котором выходящие из пластинки излучение циркулярно поляризовано).

\ /Vf Y / \

з Ja / У\ /

V -7

2 4 Б В 10 13 4 16 1 Р 20

9, град

Mo.« гяед.

1 0- 2

0 75- \ Л ¡у

| 05- Y х

О. Л/Г

0 25- 3 И X *

Сн .••v^V

-0 25- 1 1 1 1 1 1 2 4 6 £,град.

-05-

-0 75-

Рис. 6. Рассчитанная зависимость отношения интенсивностей 1/1о (1), степени поляризации Р (2) и эллиптичности у (3) от угла 9. а = 45° для пластинки М£р2 (а, б) и 1лМЬОз (в) Отсчет у производится в радианах; Р - в пределах от 0 до 1. Толщина пластинки 1 мм. Оптическая ось перпендикулярна входной грани пластинки. В случае (б, в) расчеты выполнены с учетом френелевско-го отражения.

При учете френелевского отражения для у и Р использовали выражения (рис. б, б, <

8т(2у) = 2 -агс/£

(1 -О2

с1д(а)

»(А)

. ^тах ^т

/ = /0((1-г/)2 + (1-г/)2-2-(1-г;)-(1-г/)-со5(Д))-5т2(а)-со52(а).

(4)

(5)

(6)

Особенностью системы является возможность корректировки влияния френелевского отражения за счет изменения угла а между направлением пропускания поляризатора и одним из главных направлений пластинки.

При падении лучей на пластинку под углом 9 относительно нормали к поверхности оптический путь преломленных обыкновенного и необыкновенного лучей в пластинке зависят также и от угла фе - угол преломления). Разность хода обыкновенного и необыкновенного лучей в кристаллической пластинке также зависят от азимутального угла р (р — угол между плоскостью падения луча на кристаллическую пластинку и плоскостью, содержащую оптическую ось и нормаль к пластинке.). В случае, когда р = 0°, наблюдается более сильная зависимость от репо сравнению со случаем, когда р = 90°.

В параграфе 3.4 описана экспериментальная установка и методика измерений.

Установка собрана на основе гониометра ГС-5. Лазерное излучение (к = 0,6328 мкм) прошедшее через поляризатор, направление пропускания которого расположено под углом а относительно вертикальной оси, попадает на кристаллическую пластинку, которая может быть повернута на угол 9 (6 - угол падения луча на пластинку) вокруг вертикальной оси. Выходящий из пластинки луч приобретает эллиптичность. При расположении за пластинкой анализатора (поляризатор и анализатор скрещены), выходящее излучение из анализатора линейно-поляризовано.

При измерении у и Р анализатор убирается. Параграф 3.5. Из полученных графиков (рассчитанных) по заданной (измеренной) интенсивности выходящего излучения легко найти значения степени поляризации излучения и его эллиптичности (рис. 6 и 7).

Рис. 7. Экспериментальная зависимость отношения интенсивностей и эллиптичности излучения от угла поворота пластинки вокруг вертикальной оси. Пластинка вырезана из MgF2 перпендикулярно оптической оси, толщина 1,33 мм: Точки экспериментальные значения, линии теоретические: 1 - эллиптичность излучения; 2 - интенсивность излучения. Погрешность составляет порядка 5%.

В параграфе 3.6 рассматривается учет ошибок и критичность измерений при формировании определенной эллиптичности излучения.

В поляризационных измерениях, при задании необходимой эллиптичности не всегда удается точно установить углы между оптическими элементами, что приводит к определенным ошибкам. Для выявления ошибок измерения проведены расчеты критичности значений интенсивности прошедшего излучения от угла поворота поляроидов.

В четвертой главе рассмотрены особенности пропускания и поляризационных характеристик двух кристаллических пластинок.

В параграфе 4.1 показано, что в случае расположения оптических осей пластинок взаимно перпендикулярно, их свойства аналогичны свойствам одной пластинки с оптической осью перпендикулярной плоскости пластинки.

Свойства двух кристаллических пластинок, находящихся между поляризатором и анализатором несколько необычны. Если оптические оси находятся в плоскости пластинок и параллельны, то система ведет себя при пропускании широкополосного излучения как пластинка суммарной толщины. Если оптические оси взаимно перпендикулярны, то, как пластинка, толщина которой равна разности толщин.

Такие свойства, казалось бы, должны наблюдаться и для углового спектра двух пластинок (коноскопических картин). Наблюдения показали, что такая аналогия существует, но только для небольшой угловой апертуры лучей. Это обусловлено тем, что угловая зависимость показателя преломления в плоскости оптических осей и перпендикулярной различна.

Несмотря на небольшую угловую область существования аналога, возможность существования пластинки с эффективной малой оптической толщиной или вообще равной нулю для двух реальных пластинок конечной и произвольной толщины является замечательной.

При наблюдении таких двух пластинок между скрещенными поляризаторами коно-скопическая картина (по центру) выглядит в виде темного креста. Такие свойства позволяют использовать две пластинки одинаковой толщины для изменения свойств поляризации прошедшего света, для задания необходимой разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами. Причем разность фаз (разность хода) можно задавать от нуля до больших значений за счет поворота пластинки, вокруг оси, лежащей в плоскости пластинки.

В параграфе 4.2 рассмотрено управления эллиптичностью широкополосного излучения.

Подчеркнем, что для одной пластинки изменения значений ///0, Р, и у происходит в небольшой области спектра. Для пластинки толщиной 1,33 мм это область порядка 100 А.

Совсем иная картинка наблюдается при одновременном использовании двух одинаковых пластинок, расположенных за поляризатором одна за другой. Вдоль нормали к пластинкам падает сколлимированный пучок широкополосного излучения. Эти пластинки можно поворачивать одновременно на угол 0. Особенностью данной системы является, то, что направления оптических осей в этих пластинках взаимно перпендикулярны. При этом, когда 0 = 0°, разность хода обыкновенных и необыкновенных лучей равна нулю. Спектр прошедшего излучения совпадает со спектром падающего. Это связано с тем, что эквивалентная толщина двух пластинок в этом случае равна нулю.

По мере поворота двух пластинок на угол 0 эквивалентная толщина изменяется от нуля до определенного, значения. Спектр излучения (///0), степень поляризации Р и эллиптичность у изменяются достаточно монотонно во всей используемой области (рис. 8).

Ио.отед.

Каждая пластинка толщиной 1,33 мм. Оптические оси расположены в плоскости пластинок и ортогональны друг другу. Значение угла 0, градусы: а - 7, б- 10; а = 45°. Отсчет у производится в радианах;

Р- в пределах от 0 до 1.

Таким образом, изменяя эффективную толщину двух пластинок (поворачивая пластинки на определенный угол 0), можно управлять в значительных пределах распределением эллиптичности и степени поляризации по спектру.

Заключение

В диссертации получены следующие результаты:

1. Найдены характеристики света (степень поляризации, эллиптичность) при сложении двух пучков света с неортогональными направлениями вектора Е. Показано, что свет с неортогональными поляризациями может быть поляризован линейно или цирку-лярно.

2. Рассчитаны оптические фигуры Лиссажу для изучения с частотами со, 2со и со, Зсо использование такого света должно позволить наблюдение нетрадиционных оптических эффектов. Для получения излучения с оптическими фигурами Лиссажу предлагается использовать оптически активные среды заданной длины.

3. Рассчитаны профили (за период волны) полярного света при сложении волн с частотами со, 2ю и со, Зсо. Определена полярность света в зависимости от разности фаз ср. Полярность максимальна при ср = л/2 и ср = Зл/2.

4. Рассмотрены и подтверждены особенности продольного света (некоторые характеристики), полученные ранее другими авторами.

5. Указано на различные проявления нетрадиционных типов поляризации в физическом эксперименте.

6. Показано, что для нетрадиционного управления эллиптичностью лазерного пучка наиболее целесообразно использовать пластинку из кристалла MgF2.

7. Для внесения необходимой эллиптичности в широкополосное излучение оптического пучка, следует использовать две кристаллические пластинки одинаковой толщины с взаимно перпендикулярными оптическими осями.

Список цитируемой литературы

1. Федоров, Ф.И. Отражение и преломление света прозрачными кристаллами / Ф.И. Федоров, В.В. Филиппов. - Минск : Наука и техника. 1976. - 224 с.

2. Белый, В.Н. Распространение электромагнитных волн в гиротропных и анизотропных кристаллах: автореф. дис. к.ф.-м.н. - Минск, 1976. - С. 16.

3. Мурый, A.A. Особенности отражения оптических лучей от плоскопараллельной кристаллической пластинки / A.A. Мурый, П.В. Сенин, В.И. Строганов, В.И. Доронин II Оптический журнал. - 2005. - Т. 72. - № 2. - С. 71-72.

4. Константинова, А.Ф. Оптические свойства кристаллов / А.Ф. Константинова, Б.Н. Гре-чушников, Б.В. Бокуть, Е.Г. Валяшко. - Минск : Наука и техника, 1995. - 300 с.

5. Витязев, A.B. Влияние поворотов линейных фазовых пластинок на состояние поляризации излучения / A.B. Витязев, В.А. Демченко, В.В. Коротаев // Оптический журнал. - 1998. -Т. 65. - № 1. - С. 34-37.

Список основных публикаций

1. Андреев, П.С. Управление эллиптичностью излучения при повороте плоскопараллельной кристаллической пластинки / П. С. Андреев, В. И. Строганов, JI. В. Алексеева, О. Ю. Пикуль, Б.И. Кидяров, П. Г. Пасько // ИВУЗ. Физика. - 2008. - № 11. - С. 108-110. (из перечня ВАК).

2. Строганов, В.И. Оптические элементы из анизотропных кристаллов для фотоники и информационной оптики / В.И. Строганов, П.С. Андреев, A.B. Сюй и др. // Научная сессия МИФИ-2007. Сборник научных трудов. В 17 томах. Т. 15. Физика твердого тела. Фотоника и информационная оптика. - М.: МИФИ, 2007. - 164 с. - 82-84 с.

3. Кузнецов, Д.А. Особенности анизотропной оптики / Д.А. Кузнецов, П.С. Андреев, В.И. Строганов // Материалы международного симпозиума: Принципы и процессы создания неорганических материалов: 3 Самсоновские чтения - Хабаровск. -12-15 апреля 2006. - С. 310.

4. Кузнецов, Д.А. Особенности анизотропной оптики / Д.А. Кузнецов, П.С. Андреев, В.И. Строганов // Материалы 6 региональной научной конференции Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование - Благовещенск: АмГУ, 2006 - С. 106-107.

5. Пикуль, О. Ю. Полярный свет и оптические фигуры Лиссажу / О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов, П.С. Андреев, И.В. Повх, Л.В. Алексеева // Бюллетень научных сообщений № 12. Сборник научных трудов / Под ред. В. И. Строганова - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. - С. 92-93.

6. Строганов, В.И. Оптика анизотропных сред / В.И. Строганов, В.А. Лебедев, П.С. Андреев, Д.А. Кузнецов, С.Н. Бортулев // Оптика конденсированных сред. Сборник научных трудов / Под ред. В.И. Строганов,- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. - С. 4-7.

7. Андреев, П. С. Коноскопические картины в кристаллах с двумя пучками лучей / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Бюллетень научных сообщений № 11. Сборник научных трудов / Под ред. В. И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. - С. 56-58.

8. Андреев, П.С. Характеристики света, прошедшего через кристаллическую пластинку с различным расположением оптической оси / П.С. Андреев, 0.10. Пикуль, В.И. Строганов // Бюллетень научных сообщений № 12. Сборник научных трудов / Под ред. В. И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. - С. 69-72.

9. Андреев, П.С. Характеристики оптического излучения, прошедшего через плоскопараллельную кристаллическую пластинку с различным расположением оптической оси / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Сборник научных трудов «Физика» / Под ред. В. И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. - С. 24-27.

10. Андреев, П.С. Нетрадиционные типы поляризации света / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, П.В. Сенин, В.И. Строганов, Д.А. Кузнецов // Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование. Материалы VI региональной научной конференции. - Благовещенск: АмГУ, 2006,- С. 74-75.

11. Андреев, П.С. Анализ экспериментальных методов измерения степени поляризации излучения / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, П.В. Сенин, В.И. Строганов, Д.А. Кузнецов // Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование. Материалы VI региональной научной конференции. - Благовещенск: АмГУ, 2006. - С. 73-74.

12. Андреев, П.С. Новые типы поляризации света / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, П.В. Сенин, В.И. Строганов, Д.А. Кузнецов // Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование. Материалы VI региональной научной конференции. - Благовещенск: АмГУ, 2006. - С. 75-76.

13. Андреев, П.С. Критичность и ошибки измерения при формировании определенной эллиптичности излучения / П.С. Андреев, П.Г. Пасько // Сборник научных трудов «Физика» / Под ред. В. И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. - С. 36-39.

14. Андреев, П.С. Управление спектром пропускания двух кристаллических пластинок / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, Г.В. Куликова, В.А. Лебедев, Е.З. Савин // Материалы VI Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика - 2009». Санкт-Петербург -Россия, 19-23 октября 2009. - С. 246-248.

15. Андреев, П.С. Критичность измерения при составлении определенной эллиптичности излучения / П.С. Андреев, В.И. Строганов // Тезисы докладов VIII региональной научной конференции - Благовещенск: АмГУ, 2009. - С. 232-235.

16. Куликова, Г.В. Экспериментальное исследование эллиптичности излучения / Г.В. Куликова, П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль // Тезисы докладов VIII региональной научной конференции - Благовещенск: АмГУ, 2009. - С. 266-270.

17. Андреев, П.С. Поляризационные характеристики излучения прошедшего через кристаллическую пластинку с учетом Френелевского отражения / П.С. Андреев, Т.Н. Шабалина, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Бюллетень научных сообщений № 13. Сборник научных трудов

Под ред. В.И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2008. - С. 91-94.

18. Андреев, П.С. Изменение эллиптичности лазерного излучения плоскопараллельной кристаллической пластинкой / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Материалы 26 школы по когерентной оптике и голографии. - Иркутск. - 4—9 сентября 2007 г.

19. Андреев, П.С. Влияние френелевского отражения на поляризацию излучения / П.С. Андреев, Т.Н. Шабалина, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Материалы международной научной конференции: Оптика кристаллов и наноструктур - Хабаровск: ДВГУПС, 12-15 ноября 2008 г. - С. 117-120.

20. Андреев, П.С. Поляризационные характеристики двух кристаллических пластинок

П.С. Андреев, Г.В. Куликова, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Материалы VI Международной

конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2009». Санкт-Петербург - 2009. 19-23 октября. - С. 255-257.

21. Куликова, Г.В. Влияние положения оптических осей на эффективную толщину двух пластинок / Г.В. Куликова, П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, В.А. Лебедев // Материалы VI Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2009». Санкт-Петербург,

009. - 19-23 октября. - С. 244-246.

22. Андреев, П.С. Компенсация френелевского отражения на малых углах между направлением пропускания и одним из главных направлений пластинки / П.С. Андреев, В.И. Строганов, Ю.Б. Дробот // Нелинейные процессы в оптических средах. Сборник научных трудов.

- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. - С. 50-53.

23. Андреев, П.С. Особенности пропускания и поляризационных характеристик двух кристаллических пластин / П.С. Андреев, Г.В. Куликова, О.Ю. Пикуль, А.И. Кондратьев, В.И. Строганов // Нелинейные процессы в оптических средах. Сборник научных трудов. - Хабаровск: ДВГУПС, 2009. - С. 91-93.

24. Куликова, Г.В. Влияние положения оптических осей на интенсивность излучения, прошедшего через поляризационную систему с двумя пластинками / Г.В. Куликова, П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль // Нелинейные процессы в оптических средах. Сборник научных трудов.

- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. - С. 46-50.

25. Андреев, П.С. Управление эллиптического широкополосного излучения / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, Г.В. Куликова, Ю.Б. Дробот // Нелинейные процессы в оптических средах. Сборник научных трудов. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. - С. 118-123.

26. Андреев, П.С. Поляризационные характеристики излучения прошедшего через кристаллическую пластинку / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Материалы Международного оптического конгресса «Оптика - XXI век». - Санкт-Петербург. - 20-24 октября 2008 г. - С.250-251.

27. Андреев, П.С. Влияние положения анализатора на интенсивность излучения, прошедшего через систему с кристаллической пластинкой / П.С. Андреев, В.И. Строганов // Физические и оптические свойства кристаллов и наноструктур. Сборник научных трудов / Под ред. В. И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009. - С. 34-37.

28. Андреев, П.С. Характеристики оптического излучения с корректировкой Френелевского отражения / П.С. Андреев, Д.А. Кузнецов, В.А. Лебедев, // Физические и оптические свойства кристаллов и наноструктур. Сборник научных трудов / Под ред. В. И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009,- С. 42^15.

29. Андреев, П.С. Степень поляризации и эллиптичности лучей с неортогональными поляризациями / П.С. Андреев, В.И. Строганов, // Физические и оптические свойства кристаллов и наноструктур. Сборник научных трудов / Под ред. В. И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2009,- С. 88-94.

30. Андреев, П.С. Характеристики кристаллических пластинок используемых для изменения эллиптичности излучения / П.С. Андреев, Г.В. Куликова, О.Ю. Пикуль, В.А. Лебедев // Материалы VI Международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук». - Томск. - 26-29 мая 2009. - С. 16-19.

31. Кузнецов, Д.А. Влияние начальных фаз световых волн при генерации гармоник и фотовольтаическом эффекте / Д. А. Кузнецов, В. А. Лебедев, П. С. Андреев, В. И. Строганов II Изв. ВУЗов. Приборостроение. - 2010. - Т. 53. - №1. - С. 65-70.

АНДРЕЕВ ПАВЕЛ СЕРГЕЕВИЧ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Подписано в печать 06.05.2010. Гарнитура «Times New Roman». Печать RISO. Усл. печ. л. 0,9. Усл. изд. л. 1,0. Зак. 202. Тираж 100 экз.

Издательство ДВГУПС 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Андреев, Павел Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СВЕТОВЫХ ВОЛН.

1.1. Плоские оптические волны. Поляризации излучения.

1.1.1. Поляризационная структура световых волн.

1.2. Параметрический метод построения эллипса поляризации излучения

1.3. Коноскопические фигуры с циркулярно - поляризованным светом. Полярный свет.

1.4. Нетрадиционные виды поляризации света.

1.5. Поляризация широкополосного света.

1.6. Нетрадиционные способы получения поляризации света.

1.6.1. Пластинки.

1.6.2. Призмы.

1.6.3. Четырех лучеотражающие призмы.

1.6.4. Двойные коноскопические картины.

1.6.5. Множественное рождение лучей.

1.7. Микроструктура неполяризованного света.

Выводы.

ГЛАВА 2. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ВИДЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА.

2.1. Степень поляризации света и эллиптичность лучей с неортогональными поляризациями.

2.2. Фигуры Лиссажу оптического излучения.

2.3. Полярный свет.

2.4. Свет с продольной поляризацией.

2.5. Проявление нетрадиционных типов поляризации в физическом эксперименте.

Выводы.

ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ ТРАДИЦИОННЫМИ ТИПАМИ ПОЛЯРИЗАЦИИ СВЕТА.

3.1. Способ управления эллиптичностью излучения с помощью плоскопараллельной кристаллической пластинки произвольной толщины

3.2. Характеристики оптического излучения, при изменении ориентации кристалла.

3.3. Влияние положения анализатора на интенсивность излучения, прошедшего через систему.

3.4. Экспериментальная установка и методика измерений.

3.5. Экспериментальные измерения эллиптичности излучения.

3.6. Критичность и ошибки измерения при формировании определенной эллиптичности эллиптичности излучения.

Выводы.

ГЛАВА 4. ЭЛЛИПТИЧНОСТЬ ШИРОКОПОЛОСНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.

4.1. Особенности пропускания и поляризационных характеристик двух кристаллических кристаллических пластинок.

4.2. Управление эллиптичностью широкополосного излучения.

Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Управление эллиптичностью излучения с помощью плоскопараллельных кристаллических пластинок произвольной толщины"

Оптика анизотропных сред занимает все большее место в области линейной и нелинейной оптики. Из оптических кристаллов изготавливают различные элементы — плоскопараллельные пластинки, призмы и т.д. В нелинейной оптике одним из элементов является кристалл-преобразователь частоты излучения; в линейной оптике могут использоваться пластинки и призмы, например, в резонаторе лазера для вывода части излучения (лазер с управляемой добротностью) или для электрооптической модуляции излучения.

Например, углы преломления и отражения прошедшего в пластинку луча различны.

В направлении отраженных лучей распространяется не два, как казалось бы должно быть (обыкновенный и необыкновенный лучи), а четыре. Два из них лежат в плоскости отражения, а два в плоскости, смещенной на значительное расстояние от плоскости отражения [14].

Плоскопараллельные пластинки, изготовленные из одноосных кристаллов, используются в оптике в качестве фазовых элементов для задания излучению определенной эллиптичности. Это обычно полуволновые и четверть волновые пластинки. Изготовление таких пластинок является достаточно трудоемкой задачей, стоимость их велика. И к тому же недостатком является невозможность непрерывного изменения эллиптичности излучения. Изучение особенностей получения эллиптически поляризованного света с заданной эллиптичностью с помощью 4 плоскопараллельной кристаллической пластинки, используемой нетрадиционным способом, является одной из актуальных задач «анизотропной оптики».

При сложении ортогонально поляризованных волн, получают излучение с линейной, циркулярной или эллиптической поляризацией. Этот метод хорошо разработан и содержит многочисленные результаты. В последнее время появились работы по изучению свойств света с новыми типами поляризации — полярным светом, когда луч содержит совокупность гармоник и каждая из них поляризована в одном и том же направлении.

Таким образом, исследования в направлении создания источников света с новыми типами поляризации, использование для этой цели элементов «анизотропной оптики» и выявление характерных особенностей физических процессов с таким излучением является актуальной задачей.

Цели и задачи работы

Целью работы является выявление особенностей излучения с нетрадиционными типами поляризации света и при управлении эллиптичностью, степенью поляризации, степенью полярности света с помощью элементов «анизотропной оптики».

Задачи исследований

Для достижения указанных целей были поставлены и решены следующие задачи:

1. Провести анализ литературных данных по реализации новых нетрадиционных типов поляризации света.

3. Изучить свойства света, полученного за счет сложения пучков излучения с неортогональными поляризациями.

5. Изучить характеристики полярного света, состоящего из двух компонент (со, 2со или со, Зсо) и возможность управления полярностью за счет использования анизотропной плоскопараллельной пластинки.

6. Выявить характерные особенности света с продольной поляризацией.

9. Рассмотреть влияние немонохроматичности на характеристики эллиптичности лазерного пучка.

Ю.Выявить возможность внесения необходимой эллиптичности в широкополосное излучение оптического пучка.

Методы исследования

При проведении физических исследований и расчетов использованы современные оптические методы, приборы и вычислительная техника. При 6 определении эллиптичности пучков излучения использована современная поляризационная техника, статистические методы обработки результатов измерений.

Научная новизна работы

Научная новизна работы состоит в том, что в ходе экспериментальных и теоретических исследований получены следующие результаты.

1. Показано, что при сложении излучений с неортогональными поляризациями также образуется свет с линейной, эллиптической и циркулярной поляризацией.

4. Показано, что наиболее целесообразно использовать для управления эллиптичностью и степенью поляризации плоскопараллельную пластинку, изготовленную из кристалла М£р2 с оптической осью кристалла, направленной вдоль луча и осью вращения пластинки, лежащей в плоскости пластинки. Могут использоваться плоскопараллельные пластинки любой толщины.

Практическая ценность работы

Связь с государственными программами и НИР

Апробация результатов работы

Основные результаты работы докладывались на следующих конференциях:

1.На международном симпозиуме (Третьи Самсоновские чтения) «Принципы и процессы создания неорганических материалов», Хабаровск, 12-15 апреля 2006г.;

2. На VI региональной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования», Благовещенск, 2006г.;

3. На 6 школе по когерентной оптике и голографии. - Иркутск. - 4-9 сентября 2007г.;

4. На научной сессии МИФИ. - Москва. - 22-26 января 2007г.;

5. На международной конференции по опто- и микроэлектронике. — г. Владивосток. - 2007г.

6. На международной конференции «Оптика - 2007», Санкт-Петербург, 2007г.

7. На международной научной конференции «Оптика кристаллов и наноструктур», Хабаровск, 2008г.;

8. На международном оптическом конгрессе «Оптика - 2008», Санкт -Петербург, 2008г.;

9. На VI международной конференции студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук», Томск, 2009г.;

10. На VI международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2009», Санкт-Петербург, 2009г.;

11. На VIII региональной научной конференции «Фундаментальные и прикладные исследования». - Благовещенск. - 2009г.;

Публикации и вклад автора

По результатам работы лично автором и в соавторстве опубликовано 31 работа, список которых приведен в конце диссертации [33-36, 39-40, 43-45, 47-50, 53-55, 57-63, 78, 80, 83, 96, 130-133]. Автор принимал непосредственное участие в подготовке образцов и экспериментальной установки, постановке и проведении экспериментов, обработке и обсуждении результатов. Большая часть экспериментов проведена автором самостоятельно.

Структура и объем работы

Текст диссертации изложен на 113 страницах, состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и списка литературы, содержащего 138 наименования. Содержит 52 рисунка.

Заключение диссертации по теме "Оптика"

ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ прохождения света через две кристаллические пластинки с расположением оптических осей в плоскости пластинок. Особенностью является то, что в случае расположения оптических осей пластинок взаимно перпендикулярно, их свойства аналогичны свойствам одной пластинки с оптической осью перпендикулярной плоскости пластинки.

2. Выявлено, что изменяя эффективную толщину двух пластинок (поворачивая пластинки на определенный угол 0) можно управлять в значительных пределах распределением эллиптичности и степени поляризации по спектру широкополосного излучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены и приведены следующие научные результаты: Установлено, в частности, следующее:

2. Рассчитаны оптические фигуры Лиссажу для излучения с частотами со и 2со, со и Зсо использование такого света должно позволить наблюдение нетрадиционных оптических эффектов. Для получения излучения с оптическими фигурами Лиссажу предлагается использовать оптически активные среды заданной длины.

3. Рассчитаны профили (за период волны) полярного света при сложении волн с частотами со, 2со и со, Зю. Определена полярность света в зависимости от разности фаз ср. Полярность максимальна при ср = л;/2 и ф = Зл;/2

5. Указано на различные проявления нетрадиционных типов поляризации в физическом эксперименте.

6. Приведены характеристики оптического излучения, прошедшего через плоскопараллельную кристаллическую пластинку, поворачиваемую на угол 0 вокруг вертикальной оси, лежащей в плоскости пластинки. Показана возможность корректировки влияния френелевского отражения за счет изменения угла между направлением пропускания поляризатора и одним из главных направлений пластинки (угла а).

7. Приведены экспериментальные значения измерений эллиптичности излучения, а так же сравнения их с теоретическими расчетами. При задании необходимой эллиптичности необходимо учитывать ошибки измерений, связанные с не точностью установления углов между оптическими элементами. Для выявления таких ошибок измерения проведены расчеты критичности значений интенсивности прошедшего излучения от угла поворота поляроидов и кристалла.

8. Проведен анализ прохождения немонохроматического света через две кристаллические пластинки с расположением оптических осей в плоскости пластинок. Особенностью является то, что в случае расположения оптических осей пластинок взаимно перпендикулярно, их свойства аналогичны свойствам одной пластинки с оптической осью перпендикулярной плоскости пластинки.

9. Выявлено, что изменяя эффективную толщину двух пластинок (поворачивая пластинки на определенный угол 0) можно управлять в значительных пределах распределением эллиптичности и степени поляризации по спектру широкополосного излучения.

В заключение автор выражает благодарность своему научному руководителю профессору В.И. Строганову за чуткое руководство, заведующему кафедрой «Физика» ДВГУПС профессору В.В. Криштоп за постоянный интерес к работе и всемерную помощь, коллективу кафедры «Физика» и сотрудникам лаборатории «Оптика анизотропных сред» за оказанные поддержку и помощь.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Андреев, Павел Сергеевич, Хабаровск

1. Шерклифф, У. Поляризованный свет / У. Шерклифф. М.: Мир, 1965. — 254 с.

2. Меланхолии, Н.М. Методы исследования оптических свойств кристаллов, /Н.М. Меланхолин.-М.: Наука, 1970. 156с.

3. Федоров, Ф.И. Отражение и преломление света прозрачными кристаллами / Ф.И. Федоров, В.В. Филиппов. Минск: Наука и техника. 1976.-224 с.

4. Белый, В.Н. Распространение электромагнитных волн в гиротропных и анизотропных кристаллах: Автореф. дис. к.ф.-м.н. / Минск. 1976. С.16.

5. Калитеевский, Н.И. Волновая оптика / Н.И. Калитеевский. Учеб. пособие для ВУЗов. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 1995. -463 с.

6. Ярив, А. Оптические волны в кристаллах / А. Ярив, П. Юх. М.: Мир — 1987.-616с.

7. Борн, М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф М.: Наука, 1970. - 855с.

8. Сивухин, Д.В. Оптика / Д.В. Сивухитн М.: Физмалит; Изд-во МФТИ, 2002. - 792с.

9. Белянкин, Д.С. Кристаллооптика / Д.С. Белянкин.- М.: Госгеоиздат., 1949.- 129с.

10. Ю.Шубников, A.B. Основы оптической кристаллографии / A.B. Шубников — М.: Наука, 1958.-430с.11 .Шишловский, A.A. Прикладная оптика / A.A. Шишловский М.: Изд-во физ.- мат. лит. — 1961. - 822с.

11. Константинова, А.Ф. Оптические свойства кристаллов / А.Ф. Константинова, Б.Н. Гречушников, Б.В. Бокуть, Е.Г. Валянка. Минск: Наука и техника, 1995. - 300с.

12. Константинова, А.Ф. Влияние оптической активности на интенсивность и параметры поляризации прошедшего света в кристаллах / А.Ф. Константинова, К.А. Рудой, Б.В. Набатов, Е.А. Евдищенко, В.И. Строганов, О.Ю. Пикуль // Кристаллография. 2003. - Т.49 - №5.

13. М.Мурый, A.A. Особенности отражения лучей от плоскопараллельной кристаллической пластинки / A.A. Мурый, П.В. Сенин, В.И. Строганов, В .И. Доронин // Оптический журнал. 2005. - Т.72. - №2. - С. 71-72.

14. Блисталлов, A.A. Акустические кристаллы. Справочник / A.A. Блисталлов, В. С. Бондаренко, В. В. Чкалова / Под ред. М.П. Шаскольской. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1982. — 632с.

15. Ландсберг, Г.С. Оптика. / Г.С. Ландсберг // М.: Наука, 1957. - 760с. П.Васильев, В.И. Оптика поляризационных приборов. / В.И.

16. Васильев.- М.: Машиностроение, 1969. 203с.

17. Най, Дж. Физические свойства кристаллов / Дж. Най. М.: Мир, 1968.-С. 150.

18. Вавилов, С.И. Микроструктура света. М.: Изд-во АН СССР. 1950. - С. 117-120.20.0сновы эллипсометрии / Под. ред. А. В Ржанова Новосибирск: СО АН, 1979.-201с.

19. Горшков, М.М. Эллипсометрия / М.М. Горшков.- М.: Радио, 1974 -185с.

20. Ахманов, С.А. Статистические явления в нелинейной оптике / С.А. Ахманов, A.C. Чиркин // М., 1971. С. 16-20.

21. Сюй, A.B. Поляризационные характеристики излучения, прошедшего через систему из кристаллических пластинок / A.B. Сюй, H.A. Кравцова,

22. B.И. Строганов // Бюллетень научных сообщений № 12. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. - С. 19-24.

23. Сюй A.B. Запись изображения в кристаллах ниобата лития широкополосным излучением: Автореф. дисс. д.ф.-м.н. / Хабаровск 20091. C.19.

24. Сюй, A.B. Параметрический метод построения эллипса поляризации излучения / A.B. Сюй, H.A. Кравцова, В.И. Строганов, В.В. Криштоп // Изв. ВУЗов. Приборостроение. -2008. -Т.51. -№10. -С. 65-69.

25. Карпец, Ю.М. Полосы равного показателя преломления в прозрачных кристаллах / Ю.М. Карпец, В.И. Строганов, A.B. Сюй // Нелинейная оптика: сб. научн. тр.: ДВГУПС Хабаровск, 2000. - С. 72-74.

26. Сюй, A.B. Ориентационная зависимость пропускания системы поляризатор-кристалл-кристалл-анализатор // A.B. Сюй, H.A. Кравцова, В.И. Строганов, В.В. Криштоп // Оптический журнал 2007. - Т.74. - №7. -С. 33-36.

27. Пикуль О.Ю. Особенности формирования коноскопических картин одноосных оптических кристаллов: Автореф. дис. к.ф.-м.н. / Хабаровск. 2005. С.53.

28. Константинова, А.Ф. Исследование ориентационной зависимости пропускания системы поляризатор — кристалл анализатор / А.Ф. Константинова, А.П. Степанов, Е.Н Гречушников и др. // Кристаллография - 1990 - Т.35 - №.2 - С. 429^132.

29. Андреев, П.С. Коноскопические картины в кристаллах с двумя пучкамилучей / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Бюллетеньнаучных сообщений № 11. Сборник научных трудов / Под ред. В. И.

30. Строганова. Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. - С. 56-58.101

31. Пикуль, О.Ю. Коноскопические картины оптических кварцевых линз / О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Бюллетень №10. Сборник трудов / Под ред. В.И. Строганова.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. С. 41-44.

32. Пикуль, О.Ю. Особенности коноскопических картин кристаллических пластинок из кварца различной толщины / О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Бюллетень №10. Сборник трудов / Под ред. В.И. Строганова-Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. С. 37-41.

33. Кузнецов, Д.А. Особенности анизотропной оптики / Д.А. Кузнецов, П.С. Андреев, В.И. Строганов // Материалы международного симпозиума: Принципы и процессы создания неорганических материалов: 3 Самсоновские чтения Хабаровск - 12-15 апреля 2006. - С. 310.

34. Кузнецов, Д.А. Особенности анизотропной оптики / Д.А. Кузнецов, П.С. Андреев, В.И. Строганов // Материалы 6 региональной научной конференции Физика: Фундаментальные и прикладные исследования, образование.-Благовещенск: АмГУ, 2006. С. 106-107.

35. Ахманов, С.А. Физическая оптика // С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин. М.: Изд-во МГУ, 1998. - 656с.42.3оммерфельд А. Оптика. М.: Изд-во иностранной литературы, 1953.— 486с.

36. Строганов, В.И. Оптика анизотропных сред / В.И. Строганов, В.А. Лебедев, П.С. Андреев, Д.А. Кузнецов, С.Н. Бортулев // Оптика конденсированных сред. Сборник научных трудов / Под ред. В.И. Строганов.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2006. С. 4-7.

37. Андреев, П.С. Критичность и ошибки измерения при формировании определенной эллиптичности излучения / П.С. Андреев, П.Г. Пасько // Сборник научных трудов «Физика» / Под ред. В. И. Строганова-Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2007. С. 36-39.

38. Андреев, П.С. Критичность измерения при составлении определенной эллиптичности излучения / П.С. Андреев, В.И. Строганов // Тезисы докладов VIII региональной научной конференции Благовещенск: АмГУ, 2009. - С. 232-235.

39. Куликова, Г.В. Экспериментальное исследование эллиптичности излучения / Г.В. Куликова, П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль // Тезисы докладов VIII региональной научной конференции Благовещенск: АмГУ, 2009. - С. 266-270.

40. Андреев, П.С. Изменение эллиптичности лазерного излучения плоскопараллельной кристаллической пластинкой / П.С. Андреев, О.Ю.

41. Пикуль, В.И. Строганов // Материалы 26 школы по когерентной оптике и голографии. Иркутск. — 4-9 сентября 2007г.

42. Бохонько А.И., Семененко А.И. О проявлении оптической активности кристаллического кварца в эллипсометрии. Реализация однозначной «нулевой» методики/Юптика и спектр.— 1987.— Т.63 — вып. 4. С. 901-906.

43. Строганов, В.И. Разность хода в пластинках, изготовленных из кристаллов кварца / В.И. Строганов, Т.К. Толкунов, Т.Н. Шабалина // Бюллетень научных сообщений №6. Сборник научных трудов под ред. В.И. Строганова.-Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001. С. 55-58.

44. Витязев, A.B. Влияние поворотов линейных фазовых пластинок на состояние поляризации излучения / A.B. Витязев, В.А. Демченко, В.В.

45. Коротаев // Оптический журнал. 1998. - Т.65 - №1. - С. 34-37.104

46. Андреев, П.С. Управление эллиптичностью излучения при повороте плоскопараллельной кристаллической пластинки / П. С. Андреев, В. И. Строганов, JL В. Алексеева, О. Ю. Пикуль, Б.И. Кидяров, П. Г. Пасько // ИВУЗ. Физика. 2008. - № 11.-С. 108-110.

47. Андреев, П.С. Характеристики кристаллических пластинок используемыхдля изменения эллиптичности излучения /П.С. Андреев, Г.В. Куликова,105

48. О.Ю. Пикуль, В.А. Лебедев // VI Международная конференция студентов и молодых ученых «Перспективы развития фундаментальных наук» -Томск 26-29 мая 2009г. - С. 16-19.

49. Литвинова, М.Н. Двойные коноскопические фигуры / М.Н. Литвинова, В.И. Строганов, В.В. Криштоп и др. // Оптический журнал. 2006. —Т.73. — №1. - С. 45-49.

50. Алексеева, Л.В. Двойные коноскопические фигуры / Л.В. Алексеева, И.В. Повх, К.Г. Карась, В.И. Строгонов // Оптика конденсированных сред. Сборник научных трудов под ред. В.И. Строганова Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2004. - С. 71-74.

51. Пикуль, О.Ю. Распределение интенсивности излучения в коноскопической картине кристалла / О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Бюллетень научных сообщений №9. Сборник научных трудов под ред. В.И. Строганова.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. С. 57-59.

52. Мурый, A.A. Условия совмещения обыкновенного и необыкновенного лучей в плоскопараллельной пластинке, изготовленной из оптически одноосного кристалла / A.A. Мурый, В.И. Строганов // Оптический журнал. 2004. - Т.71. - №5. - С.20-22.

53. Пикуль, О.Ю. Сравнительный анализ поляризационных свойств кристаллических пластинок с различным расположением оптической оси / О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Бюллетень научных сообщений №10.

54. Сборник научных трудов под ред. В.И. Строганова Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. - С. 50-55.

55. Хасанов, Т. Определение параметров фазосдвигающих пластинок / Т. Хасанов // Кристаллография. 1992. - Т. 37. - №4. - С. 1041-1043.

56. Абен, Х.К. Об одном подходе к измерению разности фаз при помощи фазовых пластинок / Х.К. Абен // Оптика и спектроскопия. 1963. - Т.14. - №2. - С. 240-246.

57. Абен, Х.К. Некоторые задачи суперпозиции двух двупреломляющих пластинок / Х.К. Абен // Оптика и спектроскопия. — 1963. Т.15. — №5. — С. 682-689.

58. Гречушников, Б.Н.Составные фазовые пластинки / Б.Н. Гречушников, А.И. Вислобоков, Е.А. Евдищенко и др. // Кристаллография. 1993. — Т. 38. -№ 2. - С. 55-69.

59. Абен, Х.К. К теории составной пластинки в четверть волны / Х.К. Абен // Оптика и спектроскопия. 1962. - Т. 13. - №5. - С. 746-750.

60. Гольцер, И.В. Оптически активный аналог четвертьволновой пластинки / И.В. Гольцер, М.Я. Даршт, Б.Я. Зельдович, Н.Д. Кундикова // Квантовая электроника. 1993. - Т. 20. -№ 9. - С. 916-918.

61. Syuy, A.V. Peculiar properties of polarized transmission spectrums of crystal plates / A.V. Syuy, N.A. Kravtsova, V.l. Stroganov, V.V. Lihtin, V.V. Krishtop, V.A. Maksimenko // Proceedings of SPIE Vol. 6613, 2007 Laser

62. Optics 2006: Wavefront Transformation and Laser Beam Control. Editor(s): Leonid N. Soms. 661309.

63. Novotny, L. Radially polarized light / L. Novotny, M. R. Beversluis, K.S. Youngworth, and T. G. Brown // Rev. Lett. 2001. - №86 - P. 5251.

64. Youngworth, К. S. Focusing of high numerical aperture cylindrical-vector beams / K.S. Youngworth, T.G. Brown // Opt. Express. 2000. - №7 - P. 7787.

65. Вавилов С.И. // Изв. АН СССР. 1932. - сер.7. - вып. 10. - С. 1451-1458.

66. Карасев В.П., Масалов A.B. // Оптика и спектроскопия. 1993. - Т.74. -вып.5. - С. 928-936.

67. Какичашвили Ш.Д. // ЖТФ. 1989. - Т.59. - вып. 2. - С. 26-34.

68. Какичашвили, Ш.Д., Вардосанидзе З.В. // Письма в ЖТФ. 1987. - Т.13. -вып. 19. - С. 1180-1183.91 .Вардосанидзе З.В. // Письма в ЖТФ. 1991. - Т.17. - вып. 10. - С. 35-39.

69. Ганчеренок И.И., Шапочкина И.В., Гайсеиок В.А. О новой возможности исследования поляризационной микроструктуры неполяризованного света // Письма в ЖТФ. 1994. Т. 20 В. 22. С. 53-56.

70. Barakat, R. The statistical properties of partially polarized light / R. Barakat // Optica Acta. 1985. - Vol. 32. - №3. - P. 295-312.

71. Бергнер Й.А. с. 1083146 СССР. МКИЗ G 02 В 5/30. Опубл. в Б.И., 1984. -№2.

72. Гаврилюк В.В., Самарцев А.А. А. с. 1545182 СССР. МКИЗ G 02 В 5/30. Опубл. в В .И., 1990. №7.

73. Андреев, П.С. Управление эллиптического широкополосного излучения / П.С. Андреев, О.Ю. Пикуль, Г.В. Куликова, Ю.Б. Дробот // Нелинейные процессы в оптических средах. Сборник научных трудов. Хабаровск: ДВГУПС, 2009. С. 118-123.

74. Мурый, А.А. Отражение необыкновенных волн в кристаллах / А.А. Мурый, В.И. Строганов // ИВУЗ. Приборостроение. 2005. -Т.48. - №5. -С. 53-55.

75. Строганов, В.И. Полное внутреннее отражение необыкновенных лучей. /

76. B.И. Строганов, В.И. Самарин // Кристаллография. 1975. — Т.20 - №3. —1. C. 652-653.

77. Кучеров, В.А. Методики контроля оптических свойств ахроматической фазовой пластинки / В.А. Кучеров, B.C. Самойлов // ОМП.-1987 №10 - С.42-44.

78. Jerrard Н. G. Optical Compensators for Measurement of Elliptical Polarization // JOSA.-1948.-Vol. 38, № 1. P. 35-41.

79. Лейкин M.B., Молочников Б.И. // ОМП.-1975.-№8.-С.54-56.

80. Карасев В.В. // ЖТФ.-1952.-Т. 22.-С. 616-618.

81. Modine F.A., Major R.W. Sonrier E. High Frequency Polarization Modulation Method for Measuring Birefringence // Appl. Opt.—1975 — Vol. 14, №3-P. 757-760.

82. Буслаева, В.Е. Объектный метод измерения разности фаз двупреломляющих объектов. Исслед. в области оптич. измерен / В.Е. Буслаева, Л.В. Налбалдов // Тр. Метрол. инст. СССР. 1970. - Вып. 114(174).-С. 76-79.

83. Буслаева, В.Е. Об измерении двойного лучепреломления методом канализированного спектра. Исслед. в области оптич. измер. / В.Е. Буслаева, А.Н. Корнева // Тр. Метрол. инст. СССР.-1970.-Вып. 114(174). С. 72-74.

84. Пахомов, А.Г. Метод определения параметров фазовых пластинок / А.Г. Пахомов, В .Я. Посыльный, А.Ф. Константинова // Кристаллография—1982.-Т.27, вып. 1-С. 202, 203.

85. Randall D. D. A New Photoelectric Method for the Calibration of Retardation Plates // JOSA.-1954. Vol. 44, № 8 - P. 600-603.

86. Волкова, E.A. Поляризационные измерения / E.A. Волкова M.: Изд. Стандартов, 1974. - 150с.

87. С.Б. Иоффе, Е.П. Шоробура // ОМП 1974. - № 5.- С. 3-5.

88. Hall A.C. Inexact Senarmont Compensators // JOSA. 1963. - Vol.53. №7. - P. 801-803.

89. Левенберг, В.А. Аттестация фазовых пластинок / В.А. Левенберг // Оптический журнал. 1992. №9. С. 68-69.

90. Строганов, В.И. Аномально большие углы в прямоугольной призме между лучами с ортогональными поляризациями. / В.И. Строганов, A.A. Мурый // Оптический журнал. 2003. - Т.70 - №11. - С. 76-77.

91. Воронкова, Е.М. Оптические материалы для информационной техники / Е.М. Воронкова, Б.Н. Гречушников, Г.И. Диетлер, И.П. Петров. Изд-во: Наука.-М.: 1965.

92. Филиппова И.С. Дву- и четырехлучеотражение в оптических анизотропных кристаллах: Автореф. дис. к.ф.-м.н. / Хабаровск. 2006. С.18.

93. Филиппова, И.С. Множественное отражение световых лучей в системе двух призм / И.С. Филиппова, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Сборник трудов IV Международной конференции молодых ученых и специалистов «0птика-2005». СПб:СПбГУ ИТМО. - 2005. - С. 192-193.

94. Алексеева, JI.B. Четырехлучевое расщепление в оптических кристаллах / JI.B. Алексеева, Б.И. Кидяров, П.Г. Пасько и др. // Оптический журнал. -2002. Т.69. - №6. - С. 79-81.

95. Филиппова, И.С. Зависимость интенсивности отраженных в кристалле лучей от угла падения и поляризации излучения / И.С. Филиппова, О.Ю. Пикуль, В.И. Строганов // Сборник трудов IV Международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика 2005».

96. СПб:СПбГУ ИТМО. 2005. - С. 340-341.111

97. Осипов, Ю.В. Неинвариантность интерференции поляризованных волн на выходе двупреломляющей призмы Рошона / Ю.В. Осипов // Оптический журнал. 1999. - Т.66. -№2. - С. 100-101.

98. Кузьминов, Ю.С. Электрооптический и нелинейно-оптический кристалл ниобата лития. М.: Наука. — 1987. - 264с.

99. Алексеева, Л.В. Особенности полного внутреннего отражения в оптических кристаллах / Л.В. Алексеева, И.В. Повх, В.И. Строганов // Письма в журнал технической физики. — 1999. Т.25. - №1. - С. 46-51.

100. Гаджаев, Н.М. Оптика / Н.М. Гаджаев. М.: Высшая школа, 1977. - С. 224.

101. И.И. Гаичеренок // ЖПС. 1990. - Т.52. - вып.6. - С. 921-925.

102. И.И. Гаичеренок, А.В. Жеалевский, А.П. Клищенко, И.Н. Козлов // Письма в ЖТФ. 1992. - Т. 18. - вып. 12. - С. 28-31.

103. Сиротин, Ю.И. Основы кристаллофизики / Ю.И. Сиротин, М.П. Шаскольская.- М: Наука, 1979. — 640с.

104. Шаскольская, М.П. Кристаллография / М.П. Шаскольская- М.: Высшая школа, 1984. 284с.

105. Кузнецов, Д.А. Влияние начальных фаз световых волн при генерации гармоник и фотовольтаическом эффекте / Д. А. Кузнецов, В. А. Лебедев, П. С. Андреев, В. И. Строганов // Изв. ВУЗов. Приборостроение. 2010. — Т.53. -№1. - С. 65-70.

106. Michel, P. New Propriétés de polarisation des réflecteurs de Bragg induits par photosensibilité dans les fibres optiques monomodes / Jacques Bures, Suzanne Lacroix, and Jean Lapierre Applied Optics, 1985 Vol. 24, Issue 3, P. 354-357.