DD146347A1 - Depolarisator - Google Patents

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.

Description

-A- 215-8 1

TiteJU Depolarisator

der Erfindung;

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·

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·

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Der Polarisationsgrad der Einrichtung, gekennzeichnet durch die- Größe

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*

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,

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 , 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·

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·

15, Zie1 der Erfin5ung

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«

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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 sich

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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-

D sion y& rr——-rr- besitzen viie das Einbettungsmedium, Wird

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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 dieser

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Ausführungsform bildet ein sphärolithischer Einkristall von solcher Größe, daß er die Fläche der durchsichtigen Trägerplatten bedeckt·

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es stellen dar

Fig« 1 ein optisches Bauelement mit Kristallkörnern als anisotrope Partikeln,

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·

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·

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Claims (3)

1» Depolarisator zur Aufhebung des Polarisationszustandes monochromatischer oder polychromatischer Lichtstrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß das optische B_auelement ans einer Vielzahl unterschiedlich orientierter anisotroper Partikeln (3) besteht, deren Schwingungerichtungen sich nahezu gleichmäßig über ein Azimut von 180° verteilen·

2. Depolarisator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke und die Doppelbrechung des Einzelkorns so gewählt ist, daß das Produkt η * λ/2 beträgt·

3* Depolarisator nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß als anisotrope Partikeln Kristallkörner vorzugsvieise mit krißtalloptischer Vororientierung ein einer optisch wirk» samen Einbettung (5) verwendet werden.

4e Depolarisator nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex des optisch wirksamen Einbettmittels gleich dem mittleren Brechungsindex der anisotropen Partikeln ist.

3» Depolarisator nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion des mittleren Brechungsindex der anisotropen Partikeln und des Einbettmittels, charakterisiert durch die Abbe'scha Zahl ir , gleich sind oder innerhalb

♦

einer Toleransbreite von +; 10 liegen.

6» Depolarisator nach Punkt 5> dadurch gekennzeichnet, daß die anisotropen Partikeln in einen Glaskörper eingeschmolzen sind.

7· Depolarisator nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß

als anisotrope Partikeln anorganische oder organische . Kristalle mit sphärolithischer Struktur (9) eingesetzt werden«

8. Depolarisator nach Punkten 1 xaid 7, dadurch gekennzeichnet, daß als anisotrope Partikeln' die Strukturelemente eines sphärolitischen Einkristalls'verwendet