تیغه موج (تاخیرساز نوری)

وقتی که نور به دو قطبشگر که با راستاهای عمود برهم قرار دارند بتابد، مطابق آنچه از نور قطبیده و قطبشگر می‌دانیم، نوری عبور نمی‌کند. نور در گذر از قطبشگر اول قطبیده خطی می‌شود و چون محور قطبشگر دوم عمود بر این قطبش است، نور کاملا سد می‌شود. ولی در کار با چنین ابزاری در بسیاری موارد شاهد عبور نور به شرط قرار دادن اجسامی مثل چسب نواری، طلق‌های سلفون و برخی محیط‌های شفاف دیگر هستیم. وقتی که نور از قطبشگر دوم عبور می کند به معنای آن است که قطبش آن تغییر کرده یا اساسا نور غیر قطبیده شده است. اگر با چرخاندن محیط شفاف قرار گرفته بین دو قطبشگر، تغییری در شدت نور خروجی پیش نیامد، ممکن است نور غیر قطبیده شده باشد یا قطبش نور دایروی شده باشد. اگر با چرخاندن قطعه شدت نور تغییر کرد، محیط سر راه، یک محیط دوشکستی است. منظور از محیط دوشکستی این است که ضریب شکست محیط در دو راستای عمود بر هم متفاوت است یا به عبارتی، سرعت نور در دو راستای عمود بر هم در داخل این محیط متفاوت است. چنین محیطی اثر تاخیرسازی دارد و به عنوان تیغه موج استفاده می‌شود. با چرخاندن این تیغه در هر نیم دور نور خروجی کم و زیاد یا تاریک و روشن می‌شود. علت این امر را چنین می‌توان توصیف کرد که اگر قطبش نوری که به این تیغه می‌تابد منطبق با یکی از محورهای تند یا کند تیغه باشد، تغییری در قطبش پیش نمی‌آید و همچنان نوری از قطبشگر دوم خارج نمی‌شود. ولی با چرخاندن تیغه، قطبش ورودی دو مؤلفه  تغییر پیدا می‌کند که یکی تند و یکی کند از تیغه گذر می‌کند و باعث می شود که هنگام خروج از تیغه، قطبش تغییر کند تا جایی که در زاویه 45 درجه بیشترین تغییر ایجاد می‌شود و بیشترین نور از قطبشگر دوم خارج می‌شود و در 90 درجه دوباره قطبش بر یکی از محورهای تیغه منطبق می‌شود و نوری از قطبشگر دوم خارج نمی‌شود. يک دسته پرتو قطبيده خطي با قطبش 45 درجه مثل راستای سبز رنگ در شکل زیر را فرض کنید. وقتي مي­‌خواهيم اين نوسان را در دو راستاي عمود برهم تجزيه کنيم، به سايه نوسان اصلي روي محور مورد نظرمان نگاه مي­‌کنيم و آن را مولفه نوسان در راستاي مورد نظر مي­‌ناميم. مثلا در شکل زیر نوسان­‌هاي آبي و زرد، تجزيه شده نوسان سبز روي محور هاي خاکستري هستند. وقتي نوسان را در دو راستا تجزيه مي­‌کنيم با جمع کردن دوباره آن­‌ها باهم، بايد به نوسان اوليه‌­مان برسيم. اما چه چيز تعيين مي­‌کند که شکل نوسان اوليه ما چه بوده است؟! اگر شما يک قطبش دايره‌­اي را هم روي دو محور مشابه محورهاي بالا تجزيه کنيد، نتيجه آن دو نوسان خطي در راستاي محورها خواهد بود.

تیغه موج.jpg

در واقع نسبت حالت‌­هاي نوسان دو مولفه به هم، می‌تواند شکل نوسان را تعيين ­کند. يکبار ديگر به نوسان خطي نگاه کنيد، وقتي در راستاي x نوسان به آخرين نقطه رسيده و مي­‌خواهد برگردد، نوسان در راستاي y هم به انتهاي مسير رسيده و مي­خواهد برگردد. حالا به نوسان دايره­اي نگاه کنيد، وقتي نوسان در راستاي x به آخر مسير مي­رسد، نوسان در راستاي y وسط مسير است يعني نوسان در راستاي y يک چهارم نوسان، از نوسان در راستاي x عقب‌تر است (دقت داشته باشيد که يک نوسان کامل يک رفت و برگشت است يعني دو برابر طول مسير نوسان) همين فاصله بين حالت‌­هاي نوسان (که به آن فاز نوسان مي­‌گويند) شکل نوسان اصلي را که جمع دو مولفه است، تعيين مي­‌کند.

حال بحث تیغه موج را ادامه می‌دهیم: يک قطبش خطي داريم که مي‌­خواهيم آن را به قطبش ديگري مثلا دايره‌­اي تبديل کنيم. کافي است يکي از اين دو مولفه کمي زودتر از تيغه موج خارج شود و تا رسيدن مولفه ديگر، يک چهارم نوسان هم انجام بدهد تا نوري که از تيغه موج عبور کرده قطبش دايره‌­اي داشته باشد. (البته به شرطي که دامنه نوسان دو مولفه هم با هم برابر باشد. يعني مسير اصلي نوسان با دو محور زاويه 45 درجه داشته باشد. در غير اين صورت  قطبش بيضوي خواهيم داشت). در اينجا چند نکته مهم وجود دارد:

1. وقتي قطبش نه خطي است و نه دايره‌­اي، بيضوي است.

2. در مبحث شکست نور ديديم که ضريب شکست، به طول موج هم وابسته است يعني براي يک ماده مشخص، ضريب شکست براي نور آبي با نور قرمز متفاوت است. پس سرعت حرکت نور قرمز و آبي درون يک ماده شفاف باهم متفاوت است. بنابراین اگر شما يک تيغه موج داريد که نور قرمز پلاريزه خطي را برايتان به پلاريزه دايره‌­اي تبديل مي­‌کند، نبايد انتظار داشته باشيد که بتواند با نور آبي هم چنین کاری را انجام بدهد. در واقع يک تيغه موج براي طول موج­‌هاي مختلف، اختلاف راه­‌هاي متفاوت ايجاد مي­‌کند. براي همين يک تيغه نيم موج براي نور آبي، براي نور قرمز دقيقا نيم موج نيست .

3. اختلاف فازي که تيغه موج بين دو مولفه نوسان ايجاد مي‌­کند، به قطر تيغه هم وابسته است: هر قدر قطر تيغه بيشتر باشد مدت زماني که دو مولفه نوسان با سرعت‌هاي متفاوت حرکت مي­‌کنند بيشتر مي‌­شود و در نتيجه اختلاف فاز آن­ها زيادتر مي‌­شود.

ارتباط با بخش

از متخصص نور بپرس

در این بخش می توانید سؤالات خود را در رابطه با نور و لیزر بپرسید تا متخصصین به آن‌ها پاسخ دهند

لینک ارتباط مستقیم با