DE899120C

DE899120C - Polarizer

Info

Publication number: DE899120C
Application number: DEJ1162D
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Habil Walter Geffcken
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1944-02-05
Filing date: 1944-02-05
Publication date: 1953-12-07

Description

Polarisator Es sind Interferenzanordnungen aus einer Mehrzahl übereinanderliegender Schichten vorgeschlagen worden, deren optische Dicke (also das Produkt aus der wahren Dicke der Schicht und deren Brechungszahl) höchstens je ein niedrigzahliges Vielfaches der mittleren Wellenlänge des auffallenden Lichts beträgt und deren Brechnungszahl abwechselnd immer ein und denselben niedrigen Wert u1 und ein und denselben hohen Wert n2 hat, wobei die Schichten in ihrer Dicke so bemessen sind, daB gewisse Wellenlängenbereiche durch Interferenzwirkungen so stark reflektiert werden, daB nur ein geringer Bruchteil des Lichts dieses Wellenlängenbereichs durch die Anordnung hindurchgeht. Nach der Erfindung werden diese Anordnungen dadurch als Polarisatoren, die in einem gewissen Wellenlängenbereich (insoweit nicht Schwächungen durch Zerstreuung oder Absorption eintreten) die eine polarisierte Komponente des darauffallenden Lichtes fast völlig reflektieren, während die andere fast völlig hindurchgelassen wird, verwendbar gemacht, daB man dafür sorgt, daB die zwischen je zwei Schichten liegende Grenzfläche von dem auf sie fallenden Licht ungefähr unter dem Brewsterschen Winkel getroffen wird. Dabei ist, wie bekannt, der Brewstersche Winkel derjenige Neigungswinkel des Lichteinfalls gegen die Normale, bei dem der an der Grenzfläche der betreffenden beiden Stoffe reflektierte Strahlenanteil auf dem gebrochen von dem einen Stoff in den andern übertretenden senkrecht steht. Dies ist dann der Fall, wenn für den Winkel a, unter dem das einfallende Licht beim Übergange aus einem Stoff von der Brechungszahl n1 in einen Stoff von der Brechungszahl n2 gegen die Normale der Grenzfläche geneigt ist, die Gleichung erfüllt ist tg a = n2/,n,: Sind z. B. die beiden Stoffe Siliziumdioxyd (n1 = 1,46) und Titandioxyd (n2 = 2,47), so ist tg a - 1,69, .Polarizer Interference arrangements made up of a plurality of superimposed layers have been proposed whose optical thickness (i.e. the product of the true thickness of the layer and its refractive index) is at most a low multiple of the mean wavelength of the incident light and whose refractive index is always one and the same low Has value u1 and the same high value n2, the thickness of the layers being such that certain wavelength ranges are so strongly reflected by interference effects that only a small fraction of the light in this wavelength range passes through the arrangement. According to the invention, these arrangements are made usable as polarizers which, in a certain wavelength range (insofar as there are no attenuations due to scattering or absorption), almost completely reflect one polarized component of the light falling on it, while the other is almost completely let through ensures that the boundary surface between each two layers is struck by the light falling on it at approximately Brewster's angle. As is well known, Brewster's angle is that angle of inclination of the incidence of light from the normal at which the portion of the rays reflected at the interface between the two substances in question is perpendicular to that which is refracted from one substance into the other. This is the case if the equation is fulfilled for the angle a at which the incident light is inclined in the transition from a substance with the refractive index n1 to a substance with the refractive index n2 to the normal of the interface tg a = n2 / , n,: Are e.g. B. the two substances silicon dioxide (n1 = 1.46) and titanium dioxide (n2 = 2.47), then tg a - 1.69,.

der Brewstersche Winkel beträgt hier also a=59°24@-Der durch die Erfindung erzielte Fortschritt ergibt sich aus folgender Überlegung. Geht Licht aus einem Stoff von der Brechung n, in einen Stoff von der Brechung n2 über, so gilt für die Amplitude y8 des senkrecht zur Einfallsebene schwingenden polarisiert reflektierten Anteils die von Fresnel aufgestellte Gleichung r3 = - sin (a - ß)/sin (a -f- p), worin a der Neigungswinkel der einfallenden Strahlen und ß der Neigungswinkel der gebrochenen Strahlen gegen die Normale ist. Aus dieser Gleichung ergibt sich bei Berücksichtigung der für den Einfall unter dem Brewsterschen Winkel geltenden Gleichungen a -i- ß = go° und tg a = n2/nj die Gleichung ) . ys = (n i - n i) I (n i + n' Bei senkrechtem Einfall würde sich dagegen die beträchtlich kleinere Amplitude (n1 - n2)/(ni -I- n2) ergeben. So ist z. B. bei dem oben angenommenen Fall von n, = 1,46 und n2 = 2,47 K - n2)/(nl -f- n2) _ - 0257 (ni-nä)l(ni -#nä) =-0,482, was einen Zuwachs der Amplitude von 88 % bedeutet. Infolge dieser starken Erhöhung der Amplitude genügen schon sehr wenige Schichten, um einen sehr hohen Anteil des reflektierten polarisierten Lichtes zu erzielen. Es besteht nämlich zwischen der Amplitude des von einer solchen Anordnung zurückgeworfenen Strahlungsanteils y3, dem Anteil des im Maximum der Reflexion hindurchgelassenen Anteils D, und der Mindestanzahl m der hochbrechenden Schichten die Beziehung 1- D, = `..g2 (2 m r.).. the Brewster angle is here a = 59 ° 24 @ -The progress achieved by the invention results from the following consideration. If light passes from a substance with refraction n2 into a substance with refraction n2, then the equation r3 = - sin (a - ß) / sin (established by Fresnel) applies to the amplitude y8 of the polarized reflected part oscillating perpendicular to the plane of incidence. a -f- p), where a is the angle of inclination of the incident rays and β is the angle of inclination of the refracted rays with respect to the normal. From this equation, taking into account the equations a -i- ß = go ° and tg a = n2 / nj that apply to the incidence at Brewster's angle, the equation). ys = (n i - n i) I (ni + n 'With normal incidence, however, the considerably smaller amplitude (n1 - n2) / (ni -I- n2) would result Case of n, = 1.46 and n2 = 2.47 K - n2) / (nl -f- n2) _ - 0257 (ni -na) l (ni - #na) = -0.482, which is an increase in amplitude of 88% means. As a result of this strong increase in amplitude, very few layers are sufficient to achieve a very high proportion of the reflected polarized light. The relationship between the amplitude of the radiation portion y3 reflected by such an arrangement, the portion of the portion D allowed through in the maximum of the reflection, and the minimum number m of high-index layers is the relationship 1- D, = `..g2 (2 m r.) ..

Infolgedessen würden bei senkrecht auffallendem Licht und Verwendung von Siliziumdioxyd ünd Titandioxyd mindestens sechs Schichten aus Titandioxyd und fünf zwischen diesen liegende Schichten aus Siliziumdioxyd erforderlich sein, um bei Abwesenheit von Verlusten durch Zerstreuung und Absorption eine Minimaldurchlässigkeit D, von 2 0/0, also eine Maximalreflexion von 98 % zu erzielen. Läßt man jedoch das Licht unter dem Brewsterschen Winkel auffallen, so genügen schon drei Schichten aus Titandioxyd und zwei Schichten aus Siliziumdioxyd, um dieselbe Minimaldurchlässigkeit von 2 0/0 zu erzielen, und bei Verwendung von vier Schichten aus Titandioxyd und drei Schichten aus Siliziumdioxyd würde die Minimaldurchlässigkeit auf o,10/0 sinken.As a result, if the light is perpendicular to it, and use of silicon dioxide and titanium dioxide at least six layers of titanium dioxide and five layers of silicon dioxide lying between these are required in the absence of losses through scattering and absorption, a minimum permeability D, of 2 0/0, i.e. a maximum reflection of 98%. But if you leave that If light falls below Brewster's angle, three layers are sufficient made of titanium dioxide and two layers of silicon dioxide for the same minimum permeability of 2 0/0 to achieve, and when using four layers of titanium dioxide and three layers of silicon dioxide would reduce the minimum permeability to o.10 / 0.

Die parallel zur Einfallsebene schwingende Komponente des Lichts geht ohne Reflexionsverluste und infolgedessen, insoweit nicht Verluste durch Zerstreuung und Absorption eintreten, ungeschwächt durch die Anordnung hindurch.The component of light oscillating parallel to the plane of incidence goes without reflection losses and, consequently, not losses due to dispersion and absorption occur, unimpaired through the arrangement.

Die polarisierenden Schichten darf man dabei jedoch nicht an Luft grenzen lassen. Hat nämlich der Körper, aus dem heraus das Licht in die Schichten eintritt, die Brechungszahl na, so werden die Schichten dann unter dem Brewsterschen Winkel durchlaufen, wenn das Licht in dem Körper mit der Normalen zur äußersten Schicht einen Winkel ao bildet, der der Bedingung genügt Nun ist z. B. für die obengenannten Werte von n1 = 1,46 und n2 = 2,47 .der Wert der Wurzel gleich o,796. Da sin ao aber höchstens gleich 1 sein kann, so muß also sein, der Körper darf also nicht aus Luft (n = 1) bestehen. Ebenso überzeugt man sich leicht für alle andern praktisch in Frage kommenden Werte von n1 und n2, daß no größer als i sein muß. Es ist daher nicht möglich, die Schichten an Luft grenzen zu lassen, sondern es muß noch ein gegebenenfalls aus einer Flüssigkeit bestehender und dann von der Luft durch eine Deckplatte zu trennender Körper zwischengeschaltet werden, dessen Brechungszahl größer als 1 ist. Ist ein solcher zwischengeschalteter Körper ein planparalleler, so besteht aber auch für ihn wieder die Bedingung, daß er nicht an Luft grenzen darf. Führt man jedoch diesen Körper oder einen weiterhin an ihn grenzenden als brechendes Prisma aus, so kann man durch entsprechende Wahl des brechenden Winkels des Prismas erreichen, daß das aus der Luft in die Anordnung eintretende Licht unter dem gewünschten Winkel auf die Schichten trifft. Wie man sich leicht überzeugen kann, muß hierzu der brechende Winkel mindestens gleich a. - arcsin (1/n,) sein. Um schädliche Reflexionen nach Möglichkeit zu vermeiden, sorgt män zweckmäßig dafür, daß alle zwischen je der äußersten Schicht und der Luft liegenden Körper mit ihrer Brechungszahl ungefähr mit der einen oder der andern Brechungszahl der Schichten übereinstimmen. Hat der Prismenwinkel den geringstzulässigen Wert, so tritt das auffallende Licht streifend in das Prisma ein. Da hierbei und überhaupt bei großen Einfallswinkeln hohe Reflexionsverluste eintreten würden, macht man zweckmäßig den Prismenwinkel so groß, daß das Licht höchstens unter einem Winkel von 5o° gegen die Normale der Eintrittsfläche geneigt ist: Entsprechende Überlegungen wie für den Eintritt des Lichtes gelten auch für den Austritt des durch die Schichten hindurchgegangenen und des an ihnen reflektierten Lichtes. Will man nur den an den polarisierenden Schichten reflektierten Anteil ausnutzen, so bringt man zweckmäßig hinter der zuletzt von- den Strahlen getroffenen Schicht ein absorbierendes Mittel, z. B. eine Schicht aus schwarzem Lack oder einen Körper aus Schwarzglas an, um den hindurchgegangenen Anteil zu vernichten. Es ist für die Herstellung in der Regel empfehlenswert, die polarisierenden Schichten nicht unmittelbar auf das brechende Prisma aufzubringen, sondern zunächst auf eine planparallele Platte und diese dann auf das Prisma aufzukitten. Die Kittung zwischen der planparallelen Platte und dem Prisma muß gut lichtdurchlässig sein. Da dies für ultraviolettes Licht Schwierigkeiten macht, so kann man wie auch sonst so im besondern hier vorteilhaft ein Flüssigkeitsprisma verwenden; Kalziumchloridlösungen z. B. sind bis über 250 mu hinaus praktisch völlig durchlässig. Man vermeidet dadurch die Verwendung des kostspieligen Quarzes.However, the polarizing layers must not be allowed to adjoin air. If the body from which the light enters the layers has the refractive index na, then the layers will pass through at Brewster's angle if the light in the body forms an angle ao with the normal to the outermost layer, which corresponds to the condition enough Now z. B. for the above values of n1 = 1.46 and n2 = 2.47. The value of the root is equal to o.796. Since sin ao can at most be equal to 1, so must The body must not consist of air (n = 1). In the same way it is easy to convince oneself for all other practically possible values of n1 and n2 that no must be greater than i. It is therefore not possible to let the layers adjoin air, but a body, possibly consisting of a liquid and then to be separated from the air by a cover plate, whose refractive index is greater than 1, must be interposed. If such an interposed body is plane-parallel, the condition also exists for it that it must not border on air. However, if this body or a further adjoining it is designed as a refractive prism, then by appropriate choice of the refractive angle of the prism it is possible to ensure that the light entering the arrangement from the air hits the layers at the desired angle. As you can easily see for yourself, the refractive angle must be at least equal to a. - be arcsin (1 / n,). In order to avoid damaging reflections as far as possible, man expediently ensures that all bodies lying between each of the outermost layers and the air have an approximate index of refraction that corresponds to one or the other of the layers. If the prism angle has the lowest permissible value, the incident light grazes the prism. Since high reflection losses would occur here and in general at large angles of incidence, it is expedient to make the prism angle so large that the light is inclined at most at an angle of 50 ° to the normal of the entrance surface: The same considerations as for the entrance of the light also apply to the Exit of the light that has passed through the layers and of the light reflected on them. If you only want to use the portion reflected by the polarizing layers, it is expedient to place an absorbing agent behind the layer last hit by the rays, e.g. B. a layer of black paint or a body made of black glass to destroy the portion that has passed through. For production, it is generally advisable not to apply the polarizing layers directly to the refracting prism, but first to cement it onto a plane-parallel plate and then cement it onto the prism. The cement between the plane-parallel plate and the prism must be permeable to light. Since this creates difficulties for ultraviolet light, a liquid prism can be used, as is also the case with other things, particularly advantageously here; Calcium chloride solutions e.g. B. are practically completely permeable up to more than 250 microns. This avoids the use of expensive quartz.

Soll nur der reflektierte Anteil des einfallenden Lichts ausgenutzt werden und verwendet man ein brechendes Flüssigkeitsprisma, so läßt man zweckmäßig eine mit den polarisierenden Schichten versehene planparallele Platte mit ihrer unbelegten Fläche an die Flüssigkeit grenzen, so daß die Schichten vor der Berührung durch die Flüssigkeit geschützt sind, und bringt auf der freien Seite der Schichten wieder ein absorbierendes Mittel, z. B. eine Schicht aus schwarzem Lack oder eine Schwarzglasplatte an.Should only the reflected part of the incident light be used and if a refractive liquid prism is used, it is expedient to leave it a plane-parallel plate provided with the polarizing layers with its unoccupied area adjoining the liquid so that the layers from touching are protected by the liquid, and brings on the free side of the layers again an absorbent, e.g. B. a layer of black lacquer or a Black glass plate.

Für die polarisierenden Schichten steht bei ultraviolettem Licht nur eine beschränkte Anzahl geeigneter Stoffe zur Verfügung. Als zweckmäßig hat sich Bleichlorid als hochbrechende Schicht erwiesen, das ungefähr bis zu 29o mu durchlässig ist. Für ultrarotes Licht lassen sich vorteilhaft Antimonsulfid, die Chalkogenide des Kadmiums und des Zinks sowie die Halogenide des Thalliums, des Bleis und des Silbers verwenden; all diese Stoffe lassen sich durch Aufdampfen im Vakuum aufbringen.In the case of ultraviolet light, only stands for the polarizing layers a limited number of suitable substances are available. Has proven to be useful Lead chloride has proven to be a highly refractive layer, which is approximately up to 29o m permeable is. Antimony sulfide, the chalcogenides, can be used advantageously for ultra-red light of cadmium and zinc and the halides of thallium, lead and Use silver; all of these substances can be applied by vacuum evaporation.

Schaltet man mehrere erfindungsgemäße Polarisatoren hintereinander, so läßt sich eine besonders weitgehende Auslöschung der einen Komponente erreichen. Man kann aber auch, indem man von doppeltbrechenden Platten, die mit ihrer Dicke nach einer geometrischen Reihe ansteigen, immer je eine zwischen je zwei Polarisatoren schaltet, sehr enge Spektralbereiche ausfiltern. Da bei der Hintereinanderschaltung von Polarisatoren das Licht zwischen je zwei Polarisatoren nicht in die Luft auszutreten braucht, so kann man planparallele Körper zwischen die Polarisatoren schalten. Diese Körper können wieder aus Flüssigkeit bestehen, was dann besonders zweckmäßig ist, wenn man die erwähnten doppeltbrechenden Platten in den Strahlengang bringen will.If several polarizers according to the invention are connected in series, in this way a particularly extensive elimination of one component can be achieved. But you can also by using birefringent plates that match their thickness increase after a geometric row, always one between each two polarizers switches, filter out very narrow spectral ranges. As with the series connection Polarizers prevent light from escaping into the air between two polarizers If necessary, you can connect plane-parallel bodies between the polarizers. These Bodies can consist of liquid again, which is then particularly useful, if one wants to bring the mentioned birefringent plates into the beam path.

In Abb. 1 der Zeichnung ist in einem Schnitt durch ein schematisch gezeichnetes Beispiel die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Polarisatoren dargestellt; Abb. 2 bis 6 zeigen weitere Beispiele.In Fig. 1 of the drawing is a section through a schematic Example drawn shows the mode of operation of the polarizers according to the invention; Fig. 2 to 6 show further examples.

In Abb. 1 sind mit a1, a2 und a3 drei Schichten aus Siliziumdioxyd (n1 = 1,46) bezeichnet, von denen die Schichten a1 und a2 sowohl wie die Schichten a2 und a3 je durch eine Schicht b1 bzw. b2 aus Titandioxyd (n2 = 2,47) voneinander getrennt sind. Die optische Dicke der Schichten a1, a2 und a3 beträgt je 186 mA, die wahre Dicke also je 128 rau, und die optische Dicke der Schichten b1 und b2 je 92 mau, die wahre Dicke also 37 my. Die fünf genannten Schichten sind nacheinander aufgebracht auf ein Prisma c, während sich gegen die Schicht a3 ein Prisma d legt. Die beiden Prismen c und d bestehen aus einem Glase von der Brechungszahl n, = 1,52. Die Normale der Schichten ist gegen die Normale der Fläche cl des Prismas c unter einem Winkel von 55° 48' geneigt. Das Prisma d weist an seinem äußeren Ende eine unter 45° gegen die Fläche cl geneigte Fläche dl auf. Um den Strahlenverlauf innerhalb der Schichten darstellen zu können, ist deren Dicke, wie durch die oben angegebenen Dickenabmessungen der Schichten bestätigt wird, in der Zeichnung außerordentlich stark übertrieben.In Fig. 1, a1, a2 and a3 denote three layers of silicon dioxide (n1 = 1.46), of which layers a1 and a2 as well as layers a2 and a3 are each replaced by a layer b1 and b2 of titanium dioxide (n2 = 2.47) are separated from each other. The optical thickness of the layers a1, a2 and a3 is 186 mA each, the true thickness is thus 128 each rough, and the optical thickness of the layers b1 and b2 is 92 mau each, the true thickness is 37 my. The five layers mentioned are applied one after the other to a prism c, while a prism d lies against the layer a3. The two prisms c and d consist of a glass with the refractive index n = 1.52. The normal of the layers is inclined to the normal of the surface cl of the prism c at an angle of 55 ° 48 '. At its outer end, the prism d has a surface dl which is inclined at 45 ° with respect to the surface cl. In order to be able to show the beam path within the layers, their thickness, as confirmed by the thickness dimensions of the layers given above, is extremely exaggerated in the drawing.

Tritt von links her weißes Licht senkrecht zur Fläche cl in das Prisma c ein, so wird beim Übergange von c in die Schicht a1 infolge des geringen Unterschiedes der Brechungszahlen von c und a1 nur ein Betrag von o,16 % der Intensität des auffallenden Lichtes von ihm durch Reflexion abgespalten, der seiner Kleinheit wegen unberücksichtigt bleiben kann. Das aus dem Prisma c in die Schicht a1 übertretende Licht erleidet eine geringe Brechung, so daß seine Neigung gegen die Normale der Schichten 59° 24' beträgt, also, wie weiter oben berechnet, die auf die Grenzfläche zwischen den Schichten al und b1 treffenden Strahlen unter dem Brewsterschen Winkel gegen die Normale der Schichten geneigt sind. Infolgedessen wird innerhalb eines gewissen Wellenlängenbereichs ein erheblicher Anteil der Strahlen an der Grenzfläche so polarisiert reflektiert, daß seine Schwingungsrichtung senkrecht auf der Einfallsebene steht; der übrige Teil des Lichtes wird gebrochen und tritt in die Schicht bl ein. Dieser Teil trifft die Grenzfläche zwischen den Schichten b1 und a2 wieder so, daß der Brewsterschen Bedingung genügt wird. Es wird daher wieder ein beträchtlicher Teil reflektiert, während von dem hindurchtretenden Teil die Komponente, deren Schwingungsebene senkrecht auf der Einfallsebene steht, im Verhältnis zu der Komponente, deren Schwingungsebene parallel zur Einfallsebene ist, immer mehr zurücktritt. Dieser Vorgang wiederholt sich entsprechend an den übrigen Grenzflächen, bis schließlich der nicht durch Reflexion abgespaltene Anteil des Lichtes unter einer leichten Brechung in das Prisma d übertritt, an dessen Fläche dl reflektiert wird und dann senkrecht zu der Fläche d2 austritt, und zwar in einem Polarisationszustande, bei dem die Komponente, deren Schwingungsebene zur Einfallsebene parallel ist, die andere Komponente weitaus überwiegt. Die durch Reflexion abgespaltenen Anteile treten parallel zueinander und senkrecht zu der Fläche c2 aus dem Prisma c aus, und zwar mit einer Schwingungsebene, die auf der Einfallsebene senkrecht steht. - Da durch die Wirkung der erfindungsgemäßen Polarisatoren die beiden Komponenten nur voneinander getrennt werden, ohne daß also eine von ihnen vernichtet wird, so lassen sie sich z. B. zu Farbenmischzwecken wieder miteinander vereinigen. Will man jedoch nur den reflektierten Anteil ausnutzen, so kann man den hindurchgegangenen Anteil z. B. durch Schwärzung der Fläche d2 vernichten; umgekehrt mag man die Fläche c2 schwärzen, wenn man nur den hindurchgegangenen Anteil ausnutzen will.White light enters the prism from the left perpendicular to the surface cl c a, then on the transition from c to layer a1 due to the small difference the refractive indices of c and a1 only amount to 0.16% of the intensity of the incident Light split off from it by reflection, which is disregarded because of its smallness can stay. The light passing from prism c into layer a1 suffers a slight refraction, so that its inclination from the normal of the layers is 59 ° 24 'is, so, as calculated above, on the interface between the Layers al and b1 impinging rays at Brewster's angle against the Normals of the layers are inclined. As a result, within a certain A significant proportion of the rays at the interface are polarized in this way reflects that its direction of oscillation is perpendicular to the plane of incidence; the rest of the light is refracted and enters the layer bl. This Part hits the interface between the layers b1 and a2 again so that the Brewster's condition is satisfied. So it becomes a considerable part again reflects, while from the part passing through the component, its plane of vibration is perpendicular to the plane of incidence, in relation to the component whose plane of vibration is parallel to the plane of incidence, more and more receding. This process is repeated accordingly at the other interfaces, until finally the not through reflection the split off part of the light passes under a slight refraction into the prism d, is reflected on the surface dl and then emerges perpendicular to the surface d2, namely in a polarization state in which the component, its plane of vibration is parallel to the plane of incidence, the other component by far predominates. By Components split off by reflection occur parallel to one another and perpendicular to the Surface c2 from the prism c, with a plane of vibration that is on the Plane of incidence is perpendicular. - As by the action of the polarizers according to the invention the two components are only separated from one another without, therefore, one of them is destroyed, they can be z. B. for color mixing purposes again with each other unite. However, if one only wants to use the reflected portion, then one can the portion passed through z. B. by blackening the surface destroy d2; conversely, one may blacken the surface c2 if one only uses the one that has passed through it Wants to take advantage of the share.

Die geschilderte Wirkungsweise erinnert in gewisser Hinsicht an die der als Polarisationseinrichtung bekannten Glasplattensätze. Diesen gegenüber haben die erfindungsgemäßen Polarisatoren jedoch den Vorteil einer beträchtlich höheren Wirksamkeit bei geringerem Raumbedarf und dabei der Vermeidung der teueren Herstellung zahlreicher polierter Flächen. Da ferner das von den neuen Polarisatoren reflektierte Licht nur denjenigen Wellenlängenbereich enthält, für den das Filter ein Reflexionsmaximum hat, so kann der Polarisator gleichzeitig als Filter dienen. Dies ist nicht nur deshalb von Bedeutung, weil man infolgedessen die Einfügung besonderer Filter in den Strahlengang entbehren kann, sondern insbesondere deshalb, weil man mit den neuen Polarisatoren Filterwirkungen in Wellenlängenbereichen erzielen kann, wo, wie im Ultravioletten und im Ultraroten, im allgemeinen keine anderen Filter zur Verfügung stehen. Die Benutzung des reflektierten Lichtes an Stelle des hindurchgelassenen wird in der Regel vorteilhafter sein, weil häufig, insbesondere im Ultravioletten, mit unerwünschter Absorptionswirkung der Schichten zu rechnen sein wird.The described mode of action is reminiscent of the the sets of glass plates known as polarization devices. Have this opposite However, the polarizers according to the invention have the advantage of a considerably higher one Effectiveness with less space requirement while avoiding expensive production numerous polished surfaces. Since also that reflected from the new polarizers Light only contains that wavelength range for which the filter has a reflection maximum the polarizer can serve as a filter at the same time. This is not just This is important because as a result, the insertion of special filters in the beam path can be dispensed with, but in particular because one with the new polarizers can achieve filter effects in wavelength ranges where, as in the ultraviolet and the ultraviolet, generally no other filters for To be available. The use of the reflected light instead of the transmitted light will usually be more advantageous because often, especially in the ultraviolet, an undesirable absorption effect of the layers will be expected.

Das in Abb.2 dargestellte Anwendungsbeispiel zeigt einen Fall, bei dem nicht nur auf die polarisierende Wirkung, sondern ganz besonders auch auf die Filterwirkung der neuen Polarisatoren Wert zu legen ist. Ein Glasprisma c trägt eine Anzahl Schichten, beispielsweise wie sie in Abb. z dargestellt sind; sie sind in Abb. 2 insgesamt nur durch eine einzige dicke Linie f wiedergegeben. Die Schichten f sind bedeckt durch ein Glasprisma g. Von dem in die Fläche e1 des Prismas e eintretenden Licht wird ein gewisser Wellenlängenbereich an den Schichten f durch Reflexion polarisiert und abgelenkt und tritt durch die Fläche e2 aus dem Prisma e aus, der übrige Teil geht durch die Schichten f hindurch und wird durch eine Schwärzung der Fläche g, des Prismas g unwirksam gemacht, dasselbe ließe sich erreichen, indem man das Prisma g aus Schwarzglas herstellte. Der durch die Fläche e- austretende Anteil geht durch eine doppelt brechende Quarzplatte h hindurch und trifft dann auf eine als Analysator wirkende Gruppe i, y, k, die der Gruppe e, f, g entspricht. Der an den Schichten j reflektierte Anteil tritt aus dem Prisma i durch dessen Fläche i. aus, während der übrige Teil aus dem Prisma k durch dessen Fläche k, austritt. Wünscht man den ersteren der Anteile nicht auszunutzen, so kann man ihn durch Schwärzen der Flächeio vernichten; entsprechendes gilt für den andern Anteil und die Fläche ko, wobei wieder die gewünschte Strahlenvernichtung auch dadurch erzielt werden kann, daß man das Prisma k aus Schwarzglas ausführt.The application example shown in Fig. 2 shows a case in which importance should not only be placed on the polarizing effect, but also, in particular, on the filter effect of the new polarizers. A glass prism c carries a number of layers, for example as shown in Fig. Z; they are shown in Fig. 2 only by a single thick line f . The layers f are covered by a glass prism g. A certain wavelength range of the light entering the surface e1 of the prism e is polarized and deflected by reflection at the layers f and exits the prism e through the surface e2, the remaining part goes through the layers f and is blackened the surface g of the prism g is rendered ineffective; the same can be achieved by making the prism g from black glass. The portion exiting through the area e- passes through a double refractive quartz plate h and then encounters a group i, y, k which acts as an analyzer and corresponds to group e, f, g. The portion reflected on the layers j emerges from the prism i through its surface i. from, while the remaining part of the prism k exits through its surface k. If one does not wish to utilize the former of the components, one can destroy it by blackening the surface; the same applies to the other portion and the area ko, again the desired radiation annihilation can also be achieved by making the prism k from black glass.

Die in Abb.2 dargestellte Anordnung entspricht in ihrer Wirkung einer bekannten Filtereinrichtung, die nur einen schmalen Wellenlängenbereich hindurchlassen soll und bei der vor dem doppeltbrechenden Mittel statt der Gruppe e, f, g ein Polarisator bekannter Art und hinter dem brechenden Mittel statt der Gruppe i, j, k ein Analysator bekannter Art liegt, außerdem aber noch die Anbringung eines Absorptionsfilters erforderlich ist, um gewisse, sonst im hindurchgelassenen Licht noch vorhandene Wellenlängenbereiche fernzuhalten. Die diesem Absorptionsfilter obliegende Aufgabe wird bei der Anordnung nach Abb. 2 unmittelbar von den Schichten f und j neben deren Polarisationswirkung erfüllt und kann von ihnen selbst für solche Wellenlängenbereiche übernommen werden, für die es keine befriedigenden Absorptionsfilter gibt.The arrangement shown in Fig. 2 corresponds in its effect to a known filter device, which is only supposed to allow a narrow wavelength range to pass and in which a polarizer of a known type in front of the birefringent means instead of group e, f, g and behind the refractive means instead of group i , j, k is an analyzer of a known type, but it is also necessary to attach an absorption filter in order to keep away certain wavelength ranges that are otherwise still present in the light that has passed through. The task of this absorption filter is fulfilled in the arrangement according to Fig. 2 directly by the layers f and j in addition to their polarization effect and can be taken over by them even for those wavelength ranges for which there are no satisfactory absorption filters.

In Abb.3 ist aus vier miteinander verkitteten, planparallelen Glasplatten in, bis na, ein Glastrog von Parallelogrammquerschnitt hergestellt, der unten und oben je durch eine weitere Platte geschlossen zu denken ist. Auf die Platte ml sind innen zwei planparallele Glasplatten n, und n3 und auf die Platte m2 innen zwei planparallele Glasplatten % und x4 gekittet. Die Platten yal bis iz, sind j e auf ihrer Rückseite mit einer Mehrzahl o von polarisierenden Schichten ähnlich denen bei Abb. z näher beschriebenen (jeweils wieder dargestellt durch eine dicke Linie) belegt; diese sind dann mit schwarzem Lack überzogen. Der Trog ist gefüllt mit einer Flüssigkeit, z. B, mit einer Lösung von Kalziumchlorid, deren Brechungszahl ungefähr mit der der äußersten Schicht der Platten ml bis n4 übereinstimmt. Die Winkel des Querschnittsparallelogramms sind so gewählt, daß senkrecht zur Platte m3 in den Trog eintretendes Licht auf die äußerste Schicht der Platte n1 ungefähr unter dem Brewsterschen Winkel trifft. Infolgedessen trifft das Licht auch bei den Platten n2 bis n4 auf die äußerste Schicht ungefähr unter dem Brewsterschen Winkel und verläßt den Trog senkrecht zur Platte m" so daß die gesamte Einrichtung geradsichtig ist. Im Strahlengang zwischen den Platten n1 und n2 liegt eine Kalkspatplatte PI. Zwischen den Platten n2 und n3 liegt eine Kalkspatplatte p2, deren Dicke doppelt so groß ist wie die der Platte P1, und zwischen den Platten n3 und ya, liegt eine Kalkspatplatte P3, deren Dicke doppelt so groß wie die der Platte P2 ist.In Fig.3 is made of four plane-parallel glass plates cemented together in, up to, a glass trough made of parallelogram cross-section, the bottom and at the top is to be thought of as closed by another plate. On the plate are ml inside two plane-parallel glass plates n, and n3 and on the plate m2 inside two plane-parallel glass plates% and x4 cemented. The plates yal to iz, are j e on their back with a plurality of polarizing layers similar to those described in more detail in Fig. z (each represented by a thick line) proven; these are then coated with black varnish. The trough is filled with one Liquid, e.g. B, with a solution of calcium chloride, whose index of refraction is approximately corresponds to that of the outermost layer of plates ml to n4. The angles of the Cross-sectional parallelogram are chosen so that perpendicular to the plate m3 in the Trough light entering the outermost layer of the plate n1 approximately below that Brewster's angle hits. As a result, the light also hits the plates n2 to n4 on the outermost layer approximately at Brewster's angle and leaves the trough perpendicular to the plate m "so that the entire device is straight. In the beam path between the plates n1 and n2 there is a calcareous plate PI. Between The plates n2 and n3 are covered by a calcareous plate p2, the thickness of which is twice as great is like that of plate P1, and between plates n3 and ya there is a calcite plate P3, the thickness of which is twice that of the plate P2.

In Abb. q. ist eine planparallele Glasplatte q von Parallelogrammquerschnitt an den zu den längeren Parallelogrammseiten gehörenden Flächen je mit einer Mehrzahl q, von polarisierenden Schichten belegt, die außen mit schwarzem Lack überzogen sind. Der Strahlengang entspricht dem der Abb.3, nur fehlen hier die doppeltbrechenden Platten. Die Brechungszahl des Glases stimmt ungefähr mit der der äußersten Schichten überein, und die Winkel sind wieder so gewählt, daß senkrecht eintretendes Licht unter dem Brewsterschen Winkel auf die Schichten trifft. Die beiden Reihen von polarisierenden Schichten der Abb. 3 sind hier je zu einer fortlaufenden Mehrzahl von Schichten umgebildet.In Fig.q. is a plane-parallel glass plate q with a parallelogram cross-section on the surfaces belonging to the longer sides of the parallelogram each with a plurality q, covered by polarizing layers, coated on the outside with black lacquer are. The beam path corresponds to that of Fig. 3, only the birefringent ones are missing here Plates. The refractive index of the glass roughly corresponds to that of the outermost layers match, and the angles are again chosen so that light entering perpendicularly meets the layers at Brewster's angle. The two rows of polarizing Layers in Fig. 3 are each made up of a continuous plurality of layers remodeled.

Wie leicht ersichtlich, wächst die von den Einrichtungen nach Abb. 3 und q. aufgenommene Lichtmenge proportional zu der Abmessung, die man der Einrichtung senkrecht zur Zeichenebene gibt. Auch in der Zeichenebene ließe sich eine Erhöhung der aufgenommenen Lichtmenge durch eine Vergrößerung des gegenseitigen Abstandes der beiden Schichtenreihen erzielen, wobei wieder die aufgenommene Lichtmenge proportional mit dem genannten Abstand wüchse, sich aber gleichzeitig auch eine erhebliche Verlängerung dieser Einrichtungen ergäbe. Diese Verlängerung kann man vermeiden, wenn man eine Mehrzahl solcher Einrichtungen aufeinanderschichtet. Das Ergebnis einer solchen Aufeinanderschichtung von Polarisationseinrichtungen nach Abb. q. zeigt Abb. 5. Ein Stapel dünner, planparalleler Glasplättchen y ist treppenförmig aufgebaut (wie die gestrichelt gezeichneten Teile erkennen lassen). Jede der Platten ist auf beiden Seiten mit einer Mehrzahl von polarisierenden Schichten bedeckt und mit der nächstfolgenden durch einen schwarzen Kitt verbunden. Die äußere Fläche des ersten und die des letzten Plättchens ist schwarz lackiert. Der ganze Stapel ist dann an den Stirnseiten in einer fortlaufenden, ebenen Fläche abgeschliffen, so daß die gestrichelt gezeichneten Teile wegfallen, wobei die genannte Fläche gegen die Plättchen so geneigt ist, daß senkrecht einfallendes Licht ungefähr unter dem Brewsterschen Winkel auf die Schichten trifft. Wie der bei einem der Plättchen eingezeichnete Mittelstrahl erkennen läßt, bietet hier jede der beiden Seiten jedes Plättchens vier Spiegelflächen dar. Wie aus Abb. 5 leicht abzunehmen, ergibt sich bei gleicher Zahl der Spiegelungen eine um so größere Verkürzung der Einrichtung, je dünnere Plättchen im Verhältnis zur Gesamtdicke man verwendet.As can be easily seen, the growth of the facilities according to Fig. 3 and q. The amount of light received is proportional to the dimensions of the device perpendicular to the plane of the drawing. An elevation could also be made in the plane of the drawing the amount of light received by increasing the mutual distance of the two rows of layers, with the recorded one again Amount of light grow proportionally with the mentioned distance, but at the same time also one substantial extension of these facilities would result. You can do this extension avoid when stacking a number of such devices on top of one another. That Result of such a stacking of polarization devices Fig.q. Fig. 5 shows. A stack of thin, plane-parallel glass plates y is step-shaped constructed (as indicated by the parts shown in dashed lines). Each of the panels is covered on both sides with a plurality of polarizing layers and connected to the next by a black putty. The outer surface the first and last platelets are painted black. The whole stack is then sanded on the front sides in a continuous, even surface, so that the parts shown in dashed lines are omitted, said surface against the plate is inclined so that normal incident light is approximately below the Brewster's angle meets the layers. Like the one drawn on one of the platelets Central ray can be seen, offers here each of the two sides of each plate four mirror surfaces. As can be easily seen from Fig. 5, with the same The thinner the number of reflections, the greater the shortening of the device Platelets in relation to the total thickness are used.

Den Polarisationseinrichtungen nach Abb. q. und 5 ist gemeinsam, daß zwar das austretende Licht dem eintretenden parallel, die Einrichtung also geradsichtig ist, das Gesamtbündel jedoch eine Parallelversetzung erleidet. Diese Versetzung kann man dadurch aufheben, daß man hinter einer dieser Einrichtungen eine mit ihr spiegelbildlich übereinstimmende anordnet. Ein Beispiel hierfür zeigt Abb. 6. Hinter ein Prisma s1 von Parallelogrammquerschnitt ist ein spiegelbildlich mit ihm übereinstimmendes Prisma s2 geschaltet, indem die Eintrittsfläche des Prismas s2 mit der Austrittsfläche des Prismas s1 durch einen lichtdurchlässigen Kitt verbunden ist. Jedes der beiden Prismen ist auf seinen zu den längeren Parallelogrammseiten gehörenden Flächen mit einer Mehrzahl t von polarisierenden Schichten versehen, von denen die äußerste mit schwarzem Lack überzogen ist. Wie leicht ersichtlich, ließe sich auf entsprechende Weise auch bei den Einrichtungen nach Abb. 2, Abb. 3 und Abb. 5 erreichen, daß die Parallelversetzung des hindurchgehenden Strahlenbündels wieder aufgehoben wird.The polarization devices according to Fig. Q. and 5 has in common that the emerging light is parallel to the incoming light, so the device is straightforward is, but the entire bundle suffers a parallel dislocation. This transfer can be canceled out by having one with it behind one of these institutions arranges in a mirror-inverted manner. An example of this is shown in Fig. 6. Behind a prism s1 of parallelogram cross-section is a mirror image that corresponds to it Prism s2 switched by dividing the entrance surface of the prism s2 with the exit surface of the prism s1 is connected by a translucent cement. Either of the two Prisms are on its faces belonging to the longer sides of the parallelogram a plurality t of polarizing layers, the outermost of which is coated with black lacquer. As can easily be seen, this could be based on appropriate Way also with the devices according to Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 5 achieve that the Parallel displacement of the beam passing through is canceled again.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Polarizer, containing a plurality of superimposed layers, the optical thickness of which is at most a low multiple of the mean wavelength of the incident light and whose refractive index always has one and the same low value (n1) and one and the same high value (n2) in alternation, characterized in that, that the boundary surface between each two layers is hit by the light falling on it at approximately Brewster's angle and the outermost layer is separated from the air by a refractive prism, for whose refractive index (n.) the relationship applies 2. Polarizer according to claim i, characterized in that between each of the outermost layer and the associated refractive prism there are one or more plane-parallel plates, each of which satisfies the condition with its refractive index (s) 3. Polarizer according to claim x or 2, characterized in that all bodies lying between each of the outermost layer and the air coincide with their refractive index approximately with one or the other refractive index of the layers. q. Polarizer according to claim i, characterized in that the refractive angle of the prism is so large that a beam in the interior of the layers at the Biewster angle is inclined at most at an angle of 50 ° from the normal of the outer surface of the prism is. 5. Polarizer according to claim i, characterized by an absorbing means which is located behind the last penetrated layer of the polarizer and which serves to destroy the light component which has passed through the layers. 6. Polarizer according to claim i, characterized in that the polarizing layers are applied to a plane-parallel plate and this is cemented onto the prism. 7. Polarizer according to claim i, characterized in that the prism is formed by a liquid. B. polarizer according to claim 7, characterized in that the liquid consists of a calcium chloride solution. G. Polarizer according to Claim 7, with which only the reflected portion of the incident light is to be used, characterized in that the layers are applied to a plane-parallel plate and this only borders the liquid with its unoccupied side, while the layers are on the free side absorbent is attached. ok Polarizer according to claim i for use for ultraviolet light, characterized in that the high-index layers consist of lead chloride. ii. Polarizer according to claim i for use for ultra-red light, characterized in that the layers consist of antimony sulphide, the chalcogenides of cadmium and zinc or the halides of thallium, lead and silver. 12. polarization device, characterized in that a plurality of polarization devices according to claim i are connected in series and the space between each two is filled by a body whose refractive index (s) satisfies claim 2. 13- polarization device according to claim i-, characterized in that the body is formed by a liquid. 14. polarization device, characterized by two opposing rows of parallel polarizers according to claim i, so that the incident light is always reflected in a zigzag alternately by the polarizers of one and the other row. 15. Polarization device according to claim 14, consisting of a plane-parallel, transparent plate which is covered on each of its two sides with a plurality of polarizing layers. 16. Polarization device according to claim 14, characterized in that the two rows have the same number of polarizers, so that the device is straightforward. 17. polarization device, characterized by a plurality of stacked polarization devices according to claim 14. 18. A method for producing a polarization device according to claim i7, characterized in that - a` plurality of plane-parallel transparent plates covered on both sides with layers according to claim z and with the interposition of one absorbent layer are stacked on top of each other in a staircase and then a flat surface continuous over the entire stack is sanded on the front sides. ig. Straight-vision polarization device, characterized in that behind a polarization device according to claim 16 there is arranged a mirror-inverted one with it, so that the rays emerging from the first enter the second. zo. Polarization device according to claims i to ig, in which a light beam passes through an arrangement consisting of a polarizer, an analyzer and at least one arrangement - interposed double refracting plate, characterized in that either polarizer or analyzer or both consist of an interference polarizer.