Polarymetria - Polarimetry

Obraz radarowy z syntetyczną aperturą Doliny Śmierci barwiony polarymetrią

Polarymetrii jest pomiar i interpretacja polaryzacji z falami poprzecznymi , zwłaszcza fale elektromagnetyczne , takie jak radia lub fal świetlnych . Zazwyczaj polarymetria jest wykonywana na falach elektromagnetycznych, które przeszły lub zostały odbite , załamane lub ugięte przez jakiś materiał w celu scharakteryzowania tego obiektu.

Światło spolaryzowane samolotem:

Zgodnie z falową teorią światła , zwykły promień światła wibruje we wszystkich płaszczyznach pod kątem prostym do kierunku jego propagacji . Jeśli ten zwykły promień światła przechodzi przez pryzmat nicolowy , wyłaniający się promień ma swoją wibrację tylko w jednej płaszczyźnie.

Aplikacje

Polarymetria cienkich warstw i powierzchni jest powszechnie znana jako elipsometria .

Polarymetria jest wykorzystywana w aplikacjach teledetekcyjnych , takich jak planetologia , astronomia i radar pogodowy .

Polarymetrię można również włączyć do obliczeniowej analizy fal. Na przykład radary często uwzględniają polaryzację fal w przetwarzaniu końcowym, aby poprawić charakterystykę celów. W takim przypadku polarymetria może być wykorzystana do oszacowania drobnej tekstury materiału, pomocy w ustaleniu orientacji małych struktur w celu, a gdy używane są anteny spolaryzowane kołowo, do określenia liczby odbić odbieranego sygnału ( chiralność fal spolaryzowanych kołowo na przemian z każdym odbiciem).

Obrazowanie

W 2003 r. zgłoszono urządzenie do obrazowania spektropolarymetrycznego w zakresie widzialnej bliskiej podczerwieni (VNIR) z akustyczno-optycznym przestrajalnym filtrem (AOTF). Te hiperspektralne i spektropolarymetryczne urządzenia do obrazowania działały w obszarach promieniowania od ultrafioletu (UV) do długofalowej podczerwieni (LWIR). W AOTF przetwornik piezoelektryczny przekształca sygnał o częstotliwości radiowej (RF) w falę ultradźwiękową . Fala ta przechodzi następnie przez kryształ przymocowany do przetwornika i po wejściu do absorbera akustycznego ulega dyfrakcji. Długość fali powstałych wiązek światła można modyfikować, zmieniając początkowy sygnał RF. Obrazowanie hiperspektralne VNIR i LWIR konsekwentnie działa lepiej jako obrazy hiperspektralne. Ta technologia została opracowana w Laboratorium Badawczym Armii USA.

Naukowcy przedstawili dane z systemu widzialnego bliskiej podczerwieni (VISNIR) (0.4-0.9 mikrometra), które wymagały sygnału RF o mocy poniżej 1 W. Przedstawione dane eksperymentalne wskazują, że sygnatury polarymetryczne są unikalne dla przedmiotów wytworzonych przez człowieka i nie można ich znaleźć w obiektach naturalnych. Naukowcy twierdzą, że podwójny system, gromadzący zarówno informacje hiperspektralne, jak i spektropolarymetryczne, jest zaletą w produkcji obrazów do śledzenia celów.

Ekwipunek

Polarymetr to podstawowy instrument naukowy używany do tych pomiarów, chociaż termin ten jest rzadko używany do opisania procesu polarymetria wykonywane przez komputer, tak jak to się dzieje w polarymetryczną syntezą apertury radaru .

Polarymetrię można wykorzystać do pomiaru różnych właściwości optycznych materiału, w tym dwójłomności liniowej, dwójłomności kołowej (znanej również jako skręcalność optyczna lub dyspersja obrotowa optyczna), dichroizmu liniowego , dichroizmu kołowego i rozpraszania . Aby zmierzyć te różne właściwości, istniało wiele projektów polarymetrów, niektóre archaiczne, a niektóre będące obecnie w użyciu. Najbardziej czułe oparte są na interferometrach , natomiast bardziej konwencjonalne polarymetry oparte są na układach filtrów polaryzacyjnych , płyt falowych lub innych urządzeń.

Polarymetria astronomiczna

Polarymetria jest wykorzystywana w wielu dziedzinach astronomii do badania fizycznych właściwości źródeł, w tym aktywnych jąder i blazarów galaktycznych , egzoplanet , gazu i pyłu w ośrodku międzygwiazdowym , supernowych , rozbłysków gamma , rotacji gwiazd, pól magnetycznych gwiazd, dysków szczątkowych , odbić w gwiazdy podwójne i kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła . Obserwacje polarymetrii astronomicznej są prowadzone albo jako polarymetria obrazowa, gdzie polaryzacja jest mierzona jako funkcja położenia w danych obrazowych, albo spektropolarymetria, gdzie polaryzacja jest mierzona jako funkcja długości fali światła, lub szerokopasmowa polarymetria apertury.

Pomiar rotacji optycznej

Próbki aktywne optycznie , takie jak roztwory cząsteczek chiralnych, często wykazują dwójłomność kołową . Dwójłomność kołowa powoduje rotację polaryzacji płaskiego światła spolaryzowanego podczas przechodzenia 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 płaszczyznowo, ponieważ jego wibracja jest skierowana w jednym kierunku. Jeśli dwa pryzmaty Nicola zostaną ustawione tak, aby ich płaszczyzny polaryzacji były równoległe do siebie, to promienie światła wychodzące z pierwszego pryzmatu wejdą do drugiego pryzmatu. W rezultacie nie obserwuje się utraty światła. Jednakże, jeśli drugi pryzmat zostanie obrócony o kąt 90°, światło wychodzące z pierwszego pryzmatu jest zatrzymywane przez drugi pryzmat i nie pojawia się żadne światło. Pierwszy pryzmat jest zwykle nazywany polaryzatorem, a drugi pryzmatem nazywany jest analizatorem .

Prosty polarymetr do pomiaru tego obrotu składa się z długiej rurki z płaskimi szklanymi końcami, w której umieszcza się próbkę. Na każdym końcu tuby znajduje się pryzmat Nicola lub inny polaryzator. Światło przechodzi przez tubus, a pryzmat na drugim końcu, przymocowany do okularu, jest obracany, aby dotrzeć do obszaru całkowicie jasnego lub półciemnego, na pół jasnego lub całkowicie ciemnego. Kąt obrotu jest następnie odczytywany ze skali. To samo zjawisko obserwuje się po kącie 180°. Skręcalność próbki może być następnie obliczona. Temperatura może wpływać na rotację światła, co należy uwzględnić w obliczeniach.

gdzie:

  • [α] λ T to obrót właściwy.
  • T to temperatura.
  • λ to długość fali światła.
  • α to kąt obrotu.
  • l to odległość, jaką światło pokonuje przez próbkę, długość drogi.
  • to stężenie masowe roztworu.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne