Laineplaat (optika)

Laineplaat on optiline element, mis lahutab mõtteliselt valguse kaheks risttasandis lineaarselt polariseeritud komponendiks, tekitab nende vahel faasivahe ning seejärel ühendab need. Kaks kõige levinumat laineplaaditüüpi on pool- ja veerandlaineplaat, aga kasutatakse ka täislaineplaati. Üldjuhul on laineplaadist väljuv valgus elliptiliselt polariseeritud. Erijuhtudel võib valgus olla kas lineaarselt polariseeritud või ringpolariseeritud. Lineaarne polarisatsioon Ringpolarisatsioon Elliptiline polarisatsioon Laineplaat valmistatakse kakskikmurdvast materjalist (näiteks kvartsklaasist või vilgukivist) ning laineplaaditüüp sõltub mitmest tegurist, näiteks plaadi paksusest, materjali murdumisnäitajast ning langeva valguse lainepikkusest. Tänu loetletud omadustele on võimalik tekitada faasinihe kahe komponendi vahel, mis põhjustab valguse polarisatsioonioleku muutuse. Laineplaadi töö põhineb kaksikmurdumisel. Laineplaat valmistatakse kaksimurdvast materjalist, millest on lõigatud tasaparalleelsete külgedega plaat või nn optiline aken nii, et kristalli optiline telg oleks paralleelne plaadi tasapinnaga (vaatleme üheteljelist kristalli). See lahutab mõtteliselt valguse kaheks risttasandist lineaarselt polariseeritud laineks: e- ja o-laineks. E-laineks nimetatakse lainet, milles elektriväli võngub ehk on polariseeritud risti kristalli optilise telje (e-telje) sihiga, kusjuures murdumisnäitaja on n e {\displaystyle n_{e}} . O-laineks nimetatakse lainet, mis on polariseeritud paralleelselt kristalli optilise telje (o-telje) sihiga, kusjuures murdumisnäitaja on n o {\displaystyle n_{o}} . Kuigi need eri polarisatsiooniga lained levivad ühes ja samas kristallis, samas suunas, on nende kiirused erinevad: v e = c n e {\displaystyle v_{e}={\frac {c}{n_{e}}}} ja v o = c v o {\displaystyle v_{o}={\frac {c}{v_{o}}}} . Plaadi paksusega d {\displaystyle d} läbimisel tekib optiline käiguvahe Δ = d ( n o − n e ) {\displaystyle \Delta =d(n_{o}-n_{e})} ning faasivahe δ = 2 π Δ λ 0 = 2 π d ( n o − n e ) λ 0 {\displaystyle \delta =2\pi {\frac {\Delta }{\lambda _{0}}}=2\pi {\frac {d(n_{o}-n_{e})}{\lambda _{0}}}} , kus λ 0 {\displaystyle \lambda _{0}} on lainepikkus vaakumis. Laineplaati, mis tekitab e- ja o-laine vahele faasivahe δ = π 2 {\displaystyle \delta ={\frac {\pi }{2}}} ning optilise käiguvahe Λ = λ 4 {\displaystyle \Lambda ={\frac {\lambda }{4}}} , nimetatakse veerandlaineplaadiks. Kui lineaarselt polariseeritud valgus, mille e- ja o-komponentide amplituudid on võrdsed, langeb veerandlaineplaadile, siis 90 ∘ {\displaystyle 90^{\circ }} faasinihe muudab valguse ringpolariseerituks. Kui amplituudid ei ole võrdsed, väljub plaadist elliptiliselt polariseritud valgus. Laineplaati, mis tekitab e- ja o-laine vahele faasivahe δ = π {\displaystyle \delta =\pi } ning optilise käiguvahe Λ = λ 2 {\displaystyle \Lambda ={\frac {\lambda }{2}}} , nimetatakse poollaineplaadiks. Kui polariseeritud valgus läbib poollaineplaati, siis 180 ∘ {\displaystyle 180^{\circ }} faasinihe muudab väljunud valguse ristuvas sihis polariseerituks. Laineplaati, mis tekitab e- ja o-laine vahele faasivahe δ = 2 π {\displaystyle \delta =2\pi } ning optilise käiguvahe Λ = λ {\displaystyle \Lambda =\lambda } , nimetatakse täislaineplaadiks. Sõltumata langeva valguse polarisatsioonitasandist on täislaineplaadist väljunud valgus alati lineaarselt polariseeritud. Laineplaate kasutatakse valguse polarisatsioonitasandi muutmiseks. Näiteks kui lineaarselt polariseeritud valgus läbib veerandlaineplaati, siis komponentide võrdsete amplituudide korral on tulemuseks ringpolariseeritud valgus. Toimub ka vastupidine protsess: kui ringpolariseeritud valgus läbib veerandlaineplaati, on tulemuseks lineaarselt polariseeritud valgus. Seda nähtust kasutatakse ära optilises isolaatoris. Lineaarselt polariseeritud valgus läbib veerandlaineplaadi, mis tõttu on valgus ringpolariseeritud. Seejärel valgus peegeldub ning läbib uuesti sama veerandlaineplaadi, mistõttu on valgus uuesti lineaarselt polariseeritud, aga võrreldes algsega vastassuunas. Vastassuunas lineaarselt polariseeritud valgus polarisaatorit ei läbi. Hecht, E. (2017). Optics (5th. ed.) "Understanding Waveplates". Edmund Optics. Vaadatud 29.05.2018.