Введение к работе
Актуальность темы. Разнообразие оптических свойств кристаллов и еще большее разнообразие сочетаний этих свойств обуславливают широкое применение кристаллов в самых разных областях науки и техники. Оптические свойства кристаллов широко используются во многих косвенных методах обнаружения и определения других их физических свойств, т.к. оптичсеские параметры очень чувствительны даже к небольшим изменениям состояния кристалла.
При экспериментальных исследованиях оптических свойств, а также при любом применении поляризационной оптики, при использовании монокристальных элементов, при оптической оценке качества чаще всего используют результаты измерений интенсивности, азимута или эллиптичности прошедшего (отраженного) света. Чтобы воспользоваться результатами этих измерений, необходимо знание аналитических выражений, описывающих изменение названных величин в зависимости от оптических параметров кристалла и параметров поляризации падающего света. Эти выражения являются результатом решения прямой задачи кристаллооптики.
Оптическая активность (шротропия) - одно из интересных свойств кристалла. К настоящему времени методы исследования оптических свойств одноосных кристаллов, обладающих одновременно гиротропией, дихроизмом и двупреломлением, достаточно хорошо разработаны, такие кристаллы неплохо изучены и находят различные применения. Использование этих известных и широко апробированных методов резко усложняется, если- кристалл низкосимметричный. В значительной степени это связано с тем, что, при хорошо развитом теоретическом аппарате изучения таких кристаллов, экспериментальные исследования затруднены из-за отсутствия удобных унифицированных зависимостей, связывающих параметры поляризации прошедшего и отраженного света с оптическими параметрами таких сложных кристаллов.
По известным оптическим параметрам падающего и прошедшего (отраженного) света при наличии подходящего алгоритма решается обратная задача кристаллооптики - задача определения всех (или некоторых, в зависимости от постановки задачи) параметров исследуемой кристаллической пластинки: азимутов, угла неортогональности и эллиптичностей собственных волн, их двупреломления и дихроизма.
Получение решений прямой и обратной задач в относительно простом и удобном для практического применения виде, пригодных для кристаллической пластинки с любым набором оптических свойств, при
произвольной поляризации падающего света является акіуальнои задачей.
Целью настоящей работы является исследование
низкосимметричных поглощающих гиротропных кристаллов; получение удобных и информативных форм записи параметров поляризации света, отраженного и прошедшего через пластинку из такого кристалла; нахождение методов определения оптических параметров пластинки из указанных кристаллов.
Для достижения этой цели были поставлены следующие основные задачи:
- получить соотношения, определяющие оптические характеристики
(интенсивность, азимут, эллиптичность) прошедшей волны при
нормально падающей волне произвольной эллиптической поляризации
для плоекопараллельной пластинки из низкосимметричного
поглощающего гиротропного кристалла (прямая задача);
вывести для таких пластинок матрицу Мюллера и проанализировать ее структуру;
- вывести матрицу Джонса с учетом многократных отражений для
пластинки из указанного кристалла;
- предложить методы решения обратной задачи, основанные на
полученном решении прямой задачи.
Научная новизна и практическая значимость.
Получены выражения для параметров Стокса световой волны, складывающейся из двух волн произвольных поляризаций. На их основе выведена матрица Мюллера самого общего вида для пластинки из недсполярнзующего кристалла с любым набором оптических свойств. Получены аналитические выражения всех собственных значений и всех собственных векторов этой матрицы, имеющие ясный физический смысл. В форме, удобной для выделения вклада каждой из прошедших собственных волн в поляризацию прошедшего и отраженного света, записаны матрицы Джонса с учетом многократных отражений для пластинки из низкосимметричного поглощающего гирошюго кристалла. Предложен метод определения оптических параметров пластинки (двупреломления, дихроизма, эллиптичностей, азимутов и угла неортогональности собственных волн) по элементам ее матрицы Мюллера.
Все полученные соотношения могут быть использованы при экспериментальных исследованиях кристаллов с любым набором оптических свойств, кроме деполяризации, на эллипсометрах, спектрофотометрах и спектрополяриметрах, что имеет важное практическое значение.
На защиту выносятся следующие основные положения:
метод вывода матрицы Мюллера для кристаллической пластинки с произвольным набором оптических свойств путем сложения неортогональных собственных волн с разными эллиптнчностями;
выявление структуры полученной матрицы Мюллера и получение аналитических выражений для всех ее собственных значений н собственных векторов;
информативная запись матриц Джонса пропускания и отражения (с учетом . многократных отражений) для пластинки из низкоснмметрпчного поглощающего гиротропного кристалла;
метод определения элементов матрицы Мюллера и вычисление с нх помощью оптических параметров кристаллической пластинки.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Федоровской научной сессии (Ленинград, 1986, 1987); на семинаре "Оптика анизотропных сред (ИКАН, Москва, 1987, 1990); на конкурсе научных работ ИКАН (1981, 1987), на международных семинарах "Бианизотропнка 93" (Гомель, 1993) и "Бианизогропика 94" (Франция, Бордо, 1994).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 16-работах. Список основных публикаций по теме диссертации приведен в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения и списка цитируемой литературы. Она содержит 330 страниц, в том числе 7 рисунков. Список, цитируемой литературы содержит 125 наименований.
Похожие диссертации на Прямые и обратные задачи в оптике гиротропных поглощающих кристаллов низших сингоний
