Polarymetria

Obraz radarowy z syntetyczną aperturą Doliny Śmierci pokolorowany za pomocą polarymetrii.

Polarymetria to pomiar i interpretacja polaryzacji fal poprzecznych , w szczególności fal elektromagnetycznych , takich jak fale radiowe lub świetlne . Zazwyczaj polarymetrię przeprowadza się na falach elektromagnetycznych, które przeszły przez jakiś materiał lub zostały odbite , załamane lub ugięte przez jakiś materiał w celu scharakteryzowania tego obiektu.

Światło spolaryzowane płasko:

Zgodnie z falową teorią światła , zwykły promień światła drga we wszystkich płaszczyznach pod kątem prostym do kierunku jego rozchodzenia się . Jeśli ten zwykły promień światła przejdzie przez pryzmat niklowy , promień powstający będzie drgał tylko w jednej płaszczyźnie.

Aplikacje

Polarymetria cienkich warstw i powierzchni jest powszechnie znana jako elipsometria .

Polarymetria jest wykorzystywana w zastosowaniach teledetekcji , takich jak planetologia , astronomia i radar pogodowy .

Polarymetrię można również uwzględnić w obliczeniowej analizie fal. Na przykład radary często uwzględniają polaryzację fal w przetwarzaniu końcowym, aby poprawić charakterystykę celów. W tym przypadku polarymetrię można zastosować do oszacowania drobnej tekstury materiału, pomóc w określeniu orientacji małych struktur w celu, a w przypadku stosowania anten o polaryzacji kołowej określić liczbę odbić odebranego sygnału ( chiralność fal spolaryzowanych kołowo zmienia się przy każdym odbiciu).

Obrazowanie

zgłoszono kamerę spektropolarymetryczną w zakresie widzialnej bliskiej podczerwieni (VNIR) z przestrajalnym filtrem akustooptycznym (AOTF). Te hiperspektralne i spektropolarymetryczne urządzenia obrazujące działały w obszarach promieniowania od ultrafioletu (UV) do długofalowej podczerwieni (LWIR). W AOTF piezoelektryczny przekształca sygnał o częstotliwości radiowej (RF) na sygnał ultradźwiękowy fala. Fala ta następnie przechodzi przez kryształ przymocowany do przetwornika i po wejściu do pochłaniacza akustycznego ulega dyfrakcji. Długość fali powstałych wiązek światła można modyfikować, zmieniając początkowy sygnał RF. Obrazowanie hiperspektralne VNIR i LWIR konsekwentnie sprawdza się lepiej jako obrazy hiperspektralne. Technologia ta została opracowana w Laboratorium Badawczym Armii USA.

Naukowcy podali dane z systemu bliskiej podczerwieni (VISNIR) w zakresie widzialnym (0,4–0,9 mikrometra), które wymagały sygnału RF o mocy poniżej 1 W. Zgłoszone dane eksperymentalne wskazują, że sygnatury polarymetryczne są charakterystyczne dla przedmiotów wykonanych przez człowieka i nie występują w obiektach naturalnych. Naukowcy twierdzą, że podwójny system, gromadzący zarówno informacje hiperspektralne, jak i spektropolarymetryczne, jest zaletą w tworzeniu obrazów do śledzenia celów.

Gemologia

Gemolodzy używają polaryskopu do identyfikacji różnych właściwości badanych klejnotów. Właściwe badanie może wymagać sprawdzenia klejnotu w różnych pozycjach i kątach. Polaryskop gemologa to urządzenie ustawione pionowo, zwykle z dwiema soczewkami polaryzacyjnymi jeden nad drugim, z zachowaniem odstępu pomiędzy nimi. Źródło światła jest wbudowane w polaryskop pod dolną soczewką polaryzacyjną i skierowane w górę. Kamień szlachetny zostanie umieszczony na górze dolnej soczewki i można go właściwie obejrzeć, patrząc na niego w dół przez górną soczewkę. Aby obsługiwać polaryskop, gemmolog może ręcznie obracać soczewki polaryzacyjne, aby obserwować różne cechy kamienia szlachetnego. Polaryskopy wykorzystują filtry polaryzacyjne do odkrywania właściwości klejnotu i jego wpływu na przechodzące przez niego fale świetlne.

Polaryskop może być najpierw użyty do określenia charakteru optycznego klejnotu oraz tego, czy jest on pojedynczo załamujący (izotropowy), anomalnie podwójnie załamujący (izotropowy), podwójnie załamujący (anizotropowy) czy też skupiony. Jeśli kamień załamuje się podwójnie i nie jest agregatem, polaryskop może zostać użyty do dalszego określenia kształtu optycznego kamienia szlachetnego oraz tego, czy jest on jednoosiowy, czy dwuosiowy. Ten krok może wymagać użycia lupy , zwanej również konoskopem. Wreszcie polaryskop może być użyty do wykrycia pleochroizmu kamienia szlachetnego, chociaż dichroskop może być preferowany do tego celu, ponieważ może wykazywać pleochroiczne kolory obok siebie w celu łatwiejszej identyfikacji.

Sprzęt

Podstawowym przyrządem naukowym używanym do wykonywania tych pomiarów jest polarymetr , chociaż termin ten jest rzadko używany do opisania procesu polarymetrii przeprowadzanego przez komputer, na przykład w przypadku radaru polarymetrycznego z syntetyczną aperturą .

Polarymetrię można stosować do pomiaru różnych właściwości optycznych materiału, w tym dwójłomności liniowej , dwójłomności kołowej (znanej również jako skręcalność optyczna lub optyczna dyspersja obrotowa), dichroizmu liniowego , dichroizmu kołowego i rozpraszania . Aby zmierzyć te różne właściwości, opracowano wiele projektów polarymetrów, niektóre archaiczne, a niektóre obecnie używane. Najbardziej czułe oparte są na interferometrach , natomiast bardziej konwencjonalne polarymetry oparte są na układach filtrów polaryzacyjnych , płyty falowe lub inne urządzenia.

Polarymetria astronomiczna

Zobacz także: Metody wykrywania egzoplanet § Polarymetria

Polarymetria jest wykorzystywana w wielu dziedzinach astronomii do badania właściwości fizycznych źródeł, w tym aktywnych jąder galaktycznych i blazarów , egzoplanet , gazu i pyłu w ośrodku międzygwiazdowym , supernowych , rozbłysków gamma , rotacji gwiazd , gwiazdowych pól magnetycznych, dysków śmieciowych , odbicia w gwiazdy podwójne i kosmiczne mikrofalowe tło promieniowanie. Obserwacje polarymetrii astronomicznej przeprowadza się albo jako polarymetrię obrazową, gdzie polaryzację mierzy się jako funkcję położenia w danych obrazowych, albo spektropolarymetrię, gdzie polaryzację mierzy się jako funkcję długości fali światła, lub polarymetrię szerokopasmową.

Pomiar skręcalności optycznej

optycznie aktywne , takie jak roztwory cząsteczek chiralnych, często wykazują dwójłomność kołową . Dwójłomność kołowa powoduje rotację polaryzacji płaskiego światła spolaryzowanego podczas jego przejścia przez próbkę.

W zwykłym świetle drgania występują we wszystkich płaszczyznach prostopadłych do kierunku propagacji. Kiedy światło przechodzi przez pryzmat Nicol, jego wibracje we wszystkich kierunkach z wyjątkiem kierunku osi pryzmatu są odcinane. Mówi się, że światło wychodzące z pryzmatu jest spolaryzowane płasko ponieważ jego wibracje są w jednym kierunku. Jeśli dwa pryzmaty Nicola zostaną umieszczone równolegle do siebie, wówczas promienie świetlne wychodzące z pierwszego pryzmatu wpadną do drugiego pryzmatu. Dzięki temu nie obserwuje się utraty światła. Jeśli jednak drugi pryzmat zostanie obrócony o kąt 90°, światło wychodzące z pierwszego pryzmatu zostanie zatrzymane przez drugi pryzmat i światło nie będzie się pojawiać. Pierwszy pryzmat nazywany jest zwykle polaryzatorem , a drugi pryzmatem analizatorem .

Prosty polarymetr do pomiaru tego obrotu składa się z długiej rurki z płaskimi szklanymi końcami, w której umieszcza się próbkę. Na każdym końcu tubusu znajduje się pryzmat Nicol lub inny polaryzator. Światło przechodzi przez tubus, a pryzmat na drugim końcu, przymocowany do okularu, obraca się, aby dotrzeć do obszaru całkowitej jasności lub obszaru półciemności, półjasności lub całkowitej ciemności. Następnie ze skali odczytuje się kąt obrotu. To samo zjawisko obserwuje się po kącie 180°. Specyficzny obrót próbki można następnie obliczyć. Temperatura może mieć wpływ na rotację światła, co należy uwzględnić w obliczeniach.

${\ Displaystyle [\ alfa] _ {\ lambda} ^ {T} = 100 \ alfa / l \ rho \, \!}$

Gdzie:

• [α] _λ ^T jest skręcalnością właściwą.
• T to temperatura.
• λ jest długością fali światła.
• α jest kątem obrotu.
• l to odległość, jaką światło przebywa przez próbkę, długość ścieżki.
• jest $roztworu$ masowym .

Zobacz też

• Elipsometria

Linki zewnętrzne

• Polariskop – instrument Gemstone Buzz do pomiaru właściwości optycznych.
• Projekt UE NanoCharM nanocharm.org