Polarimetrie - Polarimetry

Radarový snímek se syntetickou aperturou v údolí smrti zbarvený pomocí polarimetrie.

Polarimetrie je měření a interpretace polarizace z příčných vln , nejvíce pozoruhodně elektromagnetických vln , jako je například rádio nebo světelných vln . Polarimetrie se obvykle provádí na elektromagnetických vlnách, které prošly nebo byly odraženy , lomeny nebo ohýbány nějakým materiálem, aby charakterizovaly tento objekt.

Rovinné polarizované světlo:

Podle vlnové teorie světla je obyčejný paprsek světla považován za vibrující ve všech rovinách pravých úhlů ke směru jeho šíření . Pokud tento obyčejný paprsek světla prochází nicolovým hranolem , vznikající paprsek má svoji vibraci pouze v jedné rovině.

Aplikace

Polarimetrie tenkých vrstev a povrchů je obecně známá jako elipsometrie .

Polarimetrie se používá v aplikacích dálkového průzkumu Země, jako je planetární věda , astronomie a meteorologický radar .

Polarimetrii lze také zahrnout do výpočetní analýzy vln. Radary například často zvažují polarizaci vln při následném zpracování, aby zlepšily charakterizaci cílů. V tomto případě lze polarimetrii použít k odhadu jemné textury materiálu, pomoci vyřešit orientaci malých struktur v cíli a při použití kruhově polarizovaných antén vyřešit počet odrazů přijatého signálu ( chirality kruhově polarizovaných vln se střídá s každým odrazem).

Zobrazování

V roce 2003 , viditelný-u IR (VNIR) Spectropolarimetric Imager s akusticko-optické laditelnou filtr byl hlášen (AOTF). Tyto hyperspektrální a spektropolarimetrické zobrazovače fungovaly v oblastech záření od ultrafialového (UV) po dlouhovlnné infračervené záření (LWIR). V AOTF piezoelektrický měnič převádí vysokofrekvenční (RF) signál na ultrazvukovou vlnu. Tato vlna pak prochází krystalem připojeným k převodníku a při vstupu do akustického absorbéru se difrakuje. Vlnovou délku výsledných světelných paprsků lze upravit změnou počátečního RF signálu. VNIR a LWIR hyperspektrální zobrazování trvale fungují lépe jako hyperspektrální zobrazovače. Tato technologie byla vyvinuta ve Výzkumné laboratoři americké armády.

Vědci uvedli viditelná data blízkého infračerveného systému (VISNIR) (0,4 - 0,9 mikrometru), která vyžadovala vysokofrekvenční signál pod výkonem 1 W. Hlášené experimentální údaje naznačují, že polarimetrické podpisy jsou jedinečné pro uměle vytvořené položky a nenacházejí se v přírodních objektech. Vědci tvrdí, že duální systém, který shromažďuje hyperspektrální i spektropolarimetrické informace, je výhodou při produkci obrazu pro sledování cílů.

Zařízení

Polarimetru je základní vědecké přístroje používají k výrobě těchto měření, i když tento termín je zřídka používán k popisu procesu polarimetrii provádí na počítači, například jako je tomu v polarimetrickou radar syntetickou aperturou .

Polarimetrii lze použít k měření různých optických vlastností materiálu, včetně lineárního dvojlomu , kruhového dvojlomu (také známého jako optická rotace nebo optická rotační disperze), lineárního dichroismu , kruhového dichroismu a rozptylu . Pro měření těchto různých vlastností existuje mnoho návrhů polarimetrů, některé archaické a některé v současné době používané. Nejcitlivější jsou založeny na interferometrech , zatímco běžnější polarimetry jsou založeny na uspořádání polarizačních filtrů , vlnových desek nebo jiných zařízení.

Astronomická polarimetrie

Polarimetrie se používá v mnoha oblastech astronomie ke studiu fyzikálních charakteristik zdrojů, včetně aktivních galaktických jader a blazarů , exoplanet , plynu a prachu v mezihvězdném prostředí , supernov , záblesků gama záření , hvězdné rotace , hvězdných magnetických polí, disků trosek , odrazu v dvojhvězdy a kosmické mikrovlnné záření na pozadí . Pozorování astronomické polarimetrie se provádějí buď jako zobrazovací polarimetrie, kde se polarizace měří jako funkce polohy v obrazových datech, nebo spektropolarimetrie, kde se polarizace měří jako funkce vlnové délky světla, nebo širokopásmová aperturní polarimetrie.

Měření optické rotace

Opticky aktivní vzorky, jako jsou roztoky chirálních molekul, často vykazují kruhový dvojlom . Kruhový dvojlom způsobí rotaci polarizace rovinně polarizovaného světla při průchodu vzorkem.

Za běžného světla dochází k vibracím ve všech rovinách kolmých ke směru šíření. Když světlo prochází Nicolovým hranolem, jsou jeho vibrace ve všech směrech kromě směru osy hranolu oříznuty. Světlo vycházející z hranolu se říká, že je polarizováno rovinou, protože jeho vibrace je v jednom směru. Pokud jsou dva Nicol hranoly umístěny s jejich polarizačními rovinami navzájem rovnoběžnými, pak světelné paprsky vycházející z prvního hranolu vstoupí do druhého hranolu. Ve výsledku není pozorována žádná ztráta světla. Pokud se však druhý hranol otočí o úhel 90 °, světlo vycházející z prvního hranolu se zastaví druhým hranolem a žádné světlo nevystoupí. První hranol se obvykle nazývá polarizátor a druhý hranol se nazývá analyzátor .

Jednoduchý polarimetr pro měření této rotace se skládá z dlouhé trubice s plochými skleněnými konci, do které se umístí vzorek. Na každém konci trubice je Nicol hranol nebo jiný polarizátor. Světlo svítí skrz trubici a hranol na druhém konci, připevněný k okuláru, se otáčí, aby se dosáhlo oblasti úplné jasnosti nebo oblasti polotmavé, polosvětlé nebo oblasti úplné tmy. Úhel otočení se poté načte ze stupnice. Stejný jev je pozorován po úhlu 180 °. Otáčení specifický pak může být vypočtena ze vzorku. Teplota může ovlivnit rotaci světla, což by mělo být zohledněno ve výpočtech.

kde:

  • [α] λ T je specifická rotace.
  • T je teplota.
  • λ je vlnová délka světla.
  • α je úhel otáčení.
  • l je vzdálenost, kterou světlo prochází vzorkem, délka dráhy.
  • je hmotnostní koncentrace roztoku.

Viz také

Reference

externí odkazy