DD146347A1

DD146347A1 - depolarizer

Info

Publication number: DD146347A1
Application number: DD21581179A
Authority: DD
Inventors: Joachim Bergner
Original assignee: Joachim Bergner
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1981-02-04
Also published as: SU1083146A1; GB2088078A; DE3035025A1

Abstract

Der achromatische Depolarisator dient in Polarisationsmikroskopen, Photometern und anderen optischen Geraeten dazu, das von der Lichtquelle, den Strahlungsteilungs- und Umlenksystemen partiell polarisierte Licht ohne Vorzugsrichtung und ohne Periodizitaet umzuwandeln. Damit wird es moeglich, an optisch anisotropen Substanzen die reinen Absorptions- bzw. Reflexionsverhaeltnisse zu untersuchen und rationell quantitativ zu erfassen. Ziel der Erfindung ist es, ein optisches Bauelement zu schaffen, welches partiell oder voellig polarisierte Strahlung in eine solche mit einem Polarisierungsgrad von angenaehert Null umwandelt, fuer d. gesamte sichtbare Spektrum sowohl als monochromatischer als auch als polychromatischer Depolarisator eingesetzt werden kann, d. depolarisierende Wirkung auch fuer Strahlenbuendel endlicher numerischer Apertur aufweist, ohne aufwendige kristalloptische Systeme auskommt und die Anordnung rotierender Polare sowohl vor als auch hinter dem Untersuchungsobjektiv gestattet. Die Aufgabe wird durch ein optisches Bauelement geloest, d. aus einer Vielzahl unterschiedlich orientierter anisotroper Partikeln besteht, deren Schwingungsrichtungen sich nahezu gleichmaeszig ueber ein Azimut von 180 Grad verteilen.The achromatic depolarizer is used in polarization microscopes, photometers and other optical devices to convert the partially polarized light from the light source, the radiation splitting and deflection systems without preferential direction and without periodicity. This makes it possible to study the pure absorption or reflection ratios of optically anisotropic substances and to quantitatively record them rationally. The aim of the invention is to provide an optical component which converts partially or fully polarized radiation into one with a polarization degree of approximately zero, for d. entire visible spectrum can be used both as a monochromatic and as a polychromatic depolarizer, d. has depolarizing effect also for Strahlenbuendel finite numerical aperture, does not require elaborate crystal-optical systems and allows the arrangement of rotating polar both before and behind the examination objective. The object is achieved by an optical component, d. consists of a multitude of differently oriented anisotropic particles, whose directions of vibration are distributed almost uniformly over an azimuth of 180 degrees.

Description

-A- 215-8 1 -A- 215-8 1

TiteJU DepolarisatorTiteJU depolarizer

der Erfindung;the invention ;

Der achromatische Depolarisator dient in Polarisationsmikroskopen, Photometem und anderen optischen Geräten dazu, das von der verwendeten Lichtquelle, den eingebauten Strahlenteilungs- oder Umlenksystemen partiell polarisierte. Licht in natürliches Licht ohne Vorzugsschwingungsrichtung und ohne Periodizität des Schwingungsvorganges umzuwandeln» Damit wird die Voraussetzung geschaffen, mit solchen Geräten an optisch anisotropen Supstanzen die reinen Absorptions- bzw« Reflexionsverhältnisse zu untersuchen und in rationeller YJeise quantitativ zu erfassen·The achromatic depolarizer is used in polarization microscopes, photometem and other optical devices to that of the light source used, the built-beam splitting or deflection systems partially polarized. Converting light into natural light without preferential oscillation direction and without periodicity of the oscillation process "This creates the prerequisite for investigating the pure absorption or reflection conditions with such devices of optically anisotropic suppression and for quantitatively recording them in a rational manner.

Cbgr^jcterJ_;,sJi_Lk__nd__ier_iii bekannten. t.eghnischen Lösungen; Dia Notwendigkeit zur weitgehenden Depolarisation des in optischen Geräten zur Beleuchtung der zu untersuchenden Substanzen.dienenden Lichtes liegt speziell in solchen Fällen vor, wo zur Charakterisierung dieser Substanzen das objektiv gemessene Absorptions- bzw» Reflexionsvermögen verwendet wird· Bsi anisotropen Substanzen sind diese Stoffkennzahlen im allgemeinen richtungsabhängig und variieren zusätzlich mit der Schwingungeform des einfallenden Lichtes* Zum Messen des linearen bzw· zirkulären Dichroismus oder der Bireflexion an ortsunveränderlichen Objekten ist es notwendig, den apparativ bedingten Polarisationszustand des Lichtes aufzuheben, da dieser als systematischer Fehler in die Messung eingeht·Cbgr ^ jcterJ _; , sJi _L k_ _n d_ _i he _iii known. t.eghnic solutions; The necessity for extensive depolarization of the light used in optical devices for illuminating the substances to be examined is especially present in those cases where the objectively measured absorption or reflectivity is used. In the case of anisotropic substances, these substance indices are generally direction-dependent and additionally vary with the vibration form of the incident light * For measuring the linear or circular dichroism or the bireflection on stationary objects, it is necessary to cancel out the state of polarization of the light caused by the apparatus, since this is included as a systematic error in the measurement.

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Der Polarisationsgrad der Einrichtung, gekennzeichnet durch die- GrößeThe degree of polarization of the device, characterized by the size

muß gegen Hull gehen« Dies wird bei bekannten Einrichtungen ZU53 Beispiel dadurch erreicht, daß dem Objekt eine Viertelweilenlängenplatte vorgeschaltet und damit zirkular polarisiertes Licht erhalten wird, bei dem die azimutabhängige Intensität I hinter dem gegenüber der einfallenden Schwingung gedrehten Polar stets gleich bleibt«, Damit wird auch I_n β I. und P = 0„ Der Hachteil einer solchen Einrichtung besteht darin^ daß sie nur monochromatisch arbeitet, im Extremfall sogar monochromatische Strahlung eehr geringer Halbwertsbreite benötigt wird und daß der rotierende Polar nur zwischen Viertelwellenlängenplatten und Objekt, nicht aber hinter diesem angeordnet werden kann*must go against Hull "This is achieved in known devices ZU53 example in that the object is preceded by a quarter-time plate and thus circularly polarized light is obtained in which the azimuth-dependent intensity I behind the opposite to the incident vibration polar is always the same also I _n β I. and P = 0 "The Hachteil such a device is that it works only monochromatisch, in extreme cases even monochromatic radiation ei low half-width is needed and that the rotating polar only between quarter wave plates and object, but not behind this can be arranged *

Eine weitere bekannt gewordene Vorrichtung benutzt die Korn» bination von je einem Prisma aus rechtsdrehendem und iinksdrehendem Quarz, die so in den Strahlengang der optischen Einrichtung gebracht wird, daß deren optische Achse mit den optischen Kristallachsen der Quarzpriemen zusammenfällt« Heben dem wiederum auftretenden Hachteil der monochromatischen Anwendung ist diese Anordnung auf relativ eng be» grenzte Parallelstrahlenbünäel beschränkt· Nachteilig ist weiterhin, daß in einem Objektfeld endlicher Dimension der Schwingungszustanö des beleuchtenden Lichtes in Richtung des Keiles für eine gegebene beliebig gelegte Schnittlinie periodisch variiert, senkrecht hierzu jedoch konstant bleibt,Another device known has been the combination of a prism of dextrorotatory and angular quartz which is brought into the optical path of the optical device so that its optical axis coincides with the optical crystal axes of the quartz belt The disadvantage of this arrangement is that in an object field of finite dimension, the oscillation state of the illuminating light in the direction of the wedge varies periodically for a given arbitrary cut line, but remains constant perpendicular thereto.

In einer weiteren bekanntgewordenen Vorrichtung werden zwei elektrooptisch^ Kristalle verwendet^ an denen unterschiedliche Spannungen so angelegt wurden_s daß in der einen Platte der Gangunter schied periodisch zwischen 0 und 2 /T , inIn a further become known device has two electro-optical crystals are used ^ ^ _s where different voltages are created so that in the one plate of the retardation periodically between 0 and 2 / T, in

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der anderen zwischen O und 4 ^ variiert und die erzeugten Schwingungsrichtungen einen Winkel von 45° miteinander bilden· Variation der Gangunterschiede läuft dabei in einer Zeit ab, die klein iat gegenüber der Meßzeit* lieben dieser Beschränkung hat die genannte aufwendige Einrichtung wiederum den Nachteil, daß sie nur für monochromatische und nur für parallelstrahlige lichtbündel geeignet ist·varies the other between O and 4 ^ and the vibration directions generated form an angle of 45 ° with each other · Variation of the path differences takes place in a time that iat small compared to the measuring time * love this restriction, the said complex device again has the disadvantage that It is only suitable for monochromatic and only for parallel beam light bundles.

Demgegenüber ist der ebenfalls bekannte, für größere Spektralbereiche vorgesehene Lyot-Depolarisator nicht mit monochromatischem Licht benutzbar* Dieser Depolarisator besteht aus 2 Quarzplatten, die parallel zur optischen Achse geschnitten sind und deren Achsen einen Winkel von 45° miteinander bilden; die Plattendicken verhalten sich wie 1:2·In contrast, the well-known, intended for larger spectral ranges Lyot-depolarizer is not usable with monochromatic light * This depolarizer consists of 2 quartz plates which are cut parallel to the optical axis and whose axes form an angle of 45 ° with each other; the plate thicknesses behave as 1: 2 ·

15, Zie1 der Erfin5ung15, Zie1 of the invention

Ziel der Erfindung ist es, ein optisches Bauelement anzugeben, welches partiell oder völlig polarisierte Strahlung in eine solche mit einem Polarisationsgrad von angenähert Hull umwandelt, für das gesarate sichtbare Spektrum sowohl als monochromatischer als auch als polychromatischer Depolarisator eingesetzt werden kann, die depolarisierende Wirkung auch für Strahlenbündel endlicher numerischer Apertur aufweist, ohne aufwendige kristalloptische und elektrische Systeme auskommt und die Anordnung rotierender Polare sowohl vor als auch hinter dem Untersuchungsobjekt gestattet«The aim of the invention is to provide an optical component, which converts partially or completely polarized radiation into one with a polarization degree of approximately Hull, for the gesarate visible spectrum can be used both as monochromatic and as a polychromatic depolarizer, the depolarizing effect also for Has beam bundles of finite numerical aperture, can do without elaborate crystal-optical and electrical systems and allows the arrangement of rotating polar both before and behind the object under investigation. "

, We sens. ä QP_l, Erf in dung, We sens. Ä QP _l , Erf in training

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit Hilfe eines optischen Bauelementes der Schwingungszustand des einfallenden linear oder elliptisch polarisierten Lichtbündels so verändert wird, daß die ursprünglich über den Bündelquerschnitt gleich orientierte Schwingungsrichtung in eine endliche Yielsahl von unterschiedlichen Schwindungs» richtungen umgewandelt wird, wobei diese Richtungen sichThe object is achieved in that is changed by means of an optical component, the vibration state of the incident linear or elliptically polarized light beam, that the originally over the bundle cross-section equally oriented direction of vibration is converted into a finite Yielsahl of different Schwindungsrichtung », these directions yourself

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über ein Azimut von 180° statistisch weitgehend homogen teilen« Hierzu enthält besagtes optisches Bauelement auf die Bündelapertur in Größe und Anzahl abgestimmte anisotrope Part-ikeln, die so ausgebildet sind, daß sie das in eie eintretende Partialbündel in zwei Teil !component en mit einem Gang» unterschied von vorzugsweise η · λ/2 aufspalten, wobei die Hauptschwingungsrichtungen dieser Teilkomponenten gleichmäßig über einen Winkelbereich von 180° verteilt sind· Die Partikeln sind in einem Medium eingebettet, dessen Brechzahl dem mittleren Brechungsindβχ dee verwendeten anisotropen Mediums entspricht, womit Streueffekte weitgehend unter·» drückt werden» Eine besonders vorteilhafte, weil polychrometisch und bei beliebigen monochromatischen Wellenlängen ein·* setzbare Lösung, liegt darin, daß der mittlere Brechungsindex des verwendeten anisotropen Mediums die gleiche Disper-statistically largely homogeneously divided by an azimuth of 180 °. For this purpose, said optical component contains anisotropic particles matched in size and number to the bundle aperture, which are designed such that they divide the partial bundle entering into one part into two parts Split the difference of preferably η · λ / 2, wherein the main vibration directions of these sub-components are uniformly distributed over an angular range of 180 ° · The particles are embedded in a medium whose refractive index corresponds to the average Brechungsindβχ dee used anisotropic medium, whereby scattering effects largely A particularly advantageous solution, which can be used polychromatically and at any monochromatic wavelength, is that the average refractive index of the anisotropic medium used is the same.

D sion y& rr——-rr- besitzen viie das Einbettungsmedium, WirdThe y & rr --- rr- have the embedding medium, Will

ⁿp " ⁿc ⁿ p " ⁿ c

ein solches optisches Bauelement in der Eintrittspupille eines Polarisationsmikroskops angeordnet, so wird jeder Punkt im Dingfeld dieses Polarisationsmikroskops mit Lichtwellen unterschiedlicher Schwingungsrichtung beleuchtet, die in ihrer Gesamtheit dem charakteristischen Schwingungszustand von natürlichem Licht entsprechen« Geeignete AusfUhrungsformen des achromatischen Depolarisators nach .dem genannten Prinzip verwenden als anisotrope Partikeln Kristalikörner, die in einer kristalloptisch vororientierten Lage. zwischen durchsichtigen Trägerplatten in einer Flüssigkeit oder einem aushärtenden Kitt eingebettet oder in einer plastisch unter Dpuck verformbaren durchsichtigen Substanz eingepreßt oder in einem Glaskörper eingeschmolzen sind* In einer weiteren Ausführungsform werden die anisotropen Partikeln durch ein Kristallaggregat mit sphärolithischer Struktur gebildet, wobei die Sphärolithen sowohl aus anorganischen Kristallen als auch aus organi» sehen Hochpolymeren bestehen können« Eine Abart dieserIf such an optical component is arranged in the entrance pupil of a polarization microscope, then each point in the thing field of this polarization microscope is illuminated with light waves of different oscillation direction, which in their entirety correspond to the characteristic oscillation state of natural light. Suitable embodiments of the achromatic depolarizer according to the said principle use as anisotropic Particles of crystal grains, which are in a crystal-optically pre-oriented position. between transparent support plates embedded in a liquid or a hardening cement or pressed in a plastically deformable under dpuck transparent substance or are melted in a glass body * In another embodiment, the anisotropic particles are formed by a crystal aggregate with spherulitic structure, the spherulites both inorganic Crystals as well as organic high polymers can exist «A variation of these

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Ausführungsform bildet ein sphärolithischer Einkristall von solcher Größe, daß er die Fläche der durchsichtigen Trägerplatten bedeckt·Embodiment forms a spherulitic single crystal of such size as to cover the surface of the transparent support plates.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es stellen darThe invention will be explained with reference to the drawing. It represents

Fig« 1 ein optisches Bauelement mit Kristallkörnern als anisotrope Partikeln,1 shows an optical component with crystal grains as anisotropic particles,

Pig· 2 ein optisches Bauelement mit einem Kristallaggregat mit sphärolitischer Struktur· In Pig· 1 sind zwischen Glasplatten 1 und 2 Kristallkörner 3» deren optische Achsen 4 zwischen 0° und 180° in der Ebene des Dapolarisators orientiert sind, in einem optisch isotropen Medium 5 eingebettet·Pig · 2 an optical component having a crystal aggregate with a spherulitic structure In Pig · 1 glass grains 1 and 2 have crystal grains 3 whose optical axes 4 are oriented between 0 ° and 180 ° in the plane of the dapolarizer in an optically isotropic medium 5 embedded·

In Pig· 2 befindet sich zwischen Glasplatten G und 7 eine Schicht 8, die aus Partikeln mit sphärolitischer Struktur 9 besteht und deren Strukturelemente 10 radial angeordnet sind·In Pig · 2 is located between glass plates G and 7, a layer 8, which consists of particles with spherulitic structure 9 and the structural elements 10 are arranged radially ·

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Claims

1 »depolarizer for canceling the polarization state of monochromatic or polychromatic light radiation, characterized in that the optical B _a uelement consists ans a plurality of differently oriented anisotropic particles (3) whose oscillation Erich obligations are spread almost evenly over an azimuth of 180 ° ·

2. Depolarisator according to item 1, characterized in that the thickness and the birefringence of the single grain is chosen so that the product η * λ / 2 ·

3 * depolarizer according to item 1, characterized in that crystal grains are preferably used as an anisotropic particles with Krißtalloptischer pre-orientation of an optically active embedding (5).

4e depolarizer according to item 3, characterized in that the refractive index of the optically active embedding agent is equal to the average refractive index of the anisotropic particles.

3 »depolarizer according to item 3, characterized in that the dispersion of the average refractive index of the anisotropic particles and the Einbettmittels, characterized by the Abbe'scha number ir, are the same or within

♦

a Toleransbreite of +; 10 lie.

6 »depolarizer according to point 5>, characterized in that the anisotropic particles are melted into a glass body.

Depolarisator according to item 2, characterized in that

as anisotropic particles inorganic or organic. Crystals with a spherulitic structure (9) can be used «

8. depolarizer according to points 1 xaid 7, characterized in that as anisotropic particles' the structural elements of a spherulitic single crystal'verwendet