לוחית גל

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
לוחית חצי-גל. אור מקוטב קווית נכנס ללוחית הגל ומופרד לשני גלים: גל (בירוק) בקיטוב מקביל לציר האופטי, וגל (בכחול) המקוטב בניצב לציר האופטי. בתוך הלוחית, הגל בעל הקיטוב המקביל מתקדם לאט יותר מהגל עם הקיטוב הניצב. בקצה הרחוק של הלוחית, הגל בעל הקיטוב המקביל נמצא במופע של חצי אורך גל אחרי הגל עם הקיטוב הניצב, והקיטוב של הגל במוצא (באדום) הוא בניצב לקיטוב הגל הנכנס.

לוחית גלאנגלית: Wave plate) היא אלמנט אופטי המשנה את הקיטוב של גל האור העובר בתוכו.

לוחית הגל משנה את המופע (פאזה) בין רכיבי הקיטוב של הגל. לוחית גל בדרך כלל מורכבת מגביש עם שבירה כפולה (Birefringence) שעוביו והאוריינטציה שלו במרחב נבחרו היטב להשגת התוצאה הרצויה. הגביש מסותת כך שהציר הבלתי-הרגיל ("ציר אופטי", ציר בעל מקדם שבירה בלתי-רגיל ne) מקביל למשטח של הלוחית. גל אור המקוטב לאורך ציר זה מתקדם בלוחית במהירות שונה מאור המקוטב בניצב לציר זה, דבר היוצר הפרש מופע בין הקיטובים. כאשר מקדם השבירה הבלתי-רגיל קטן יותר ממקדם השבירה הרגיל, כמו בקלציט, הציר הבלתי-רגיל נקרא "הציר המהיר" והכיוון המאונך לו (שנמצא על מישור משטח הלוחית) נקרא "הציר האיטי".

אור הנכנס ללוחית הגל ובעל רכיבי קיטוב לאורך שני הצירים ייצא במצב קיטוב אחר התלוי בעובי הגביש ובקיטוב ההתחלתי. לוחית הגל מאופיינת בכמות הפאזה היחסית, \Gamma, בין שני הרכיבים, וקשורה לשבירה כפולה Δn ועובי הגביש L לפי הנוסחה הבאה:

\Gamma = \frac{2 \pi\, \Delta n\, L}{\lambda}

לדוגמה, לוחית רבע-גל יוצרת הבדל פאזה של רבע אורך גל ויכולה לשנות אור מקוטב לינארית לקיטוב מעגלי ולהיפך. זה נעשה על ידי התאמת מישור הפגיעה כך שהקרן הפוגעת יוצרת זווית של 45 מעלות עם הציר המהיר. כך מתקבל אור עם קיטובים בציר הרגיל ובציר הבלתי-רגיל בעלי אותה משרעת.

עוד לוחית גל נפוצה היא לוחית חצי-גל, המעכבת את מופע אחד הקיטובים בחצי אורך גל או 180 מעלות בהשוואה לקיטוב השני. לוחית גל זו מסובבת את כיוון הקיטוב של אור מקוטב לינארית.

לוחיות גל, וכן מקטבים, ניתן לתאר באמצעות חשבון מטריצות ג'ונס, שמתאר קיטובים על ידי וקטורים, ואלמנטים אופטיים המשפיעים לינארית על הקיטוב (כמו לוחיות גל ומקטבים) - באמצעות מטריצות.

בגלל נפיצה (דיספרסיה), הפרש המופע (פאזה) שיוצרת לוחית גל תלוי באורך הגל של האור הנכנס. כתוצאה מכך, לוחיות גל פועלות לפי התכנון רק עבור טווח מסוים של אורכי גל ולעתים עבור אורך גל מסוים אחד בלבד. ניתן למזער את הנפיצה על ידי הצבת שתי לוחיות גל בעלות עובי שונה במקצת, בצמוד זו לזו, כך שהציר המהיר של האחת מקביל לציר האיטי של השנייה. בתצורה זו, הפאזה היחסית יכולה להיות, למשל עבור לוחיות חצי-גל, כחצי אורך גל במקום חצי אורך גל ועוד מספר שלם. תכנון זה נקרא לוחית גל מסדר אפס. כמו עדשות, ניתן לעצב לוחיות גל א-כרומטיות על ידי שילוב חומרים עם יחס נפיצה שונה.

עבור לוחית גל יחידה, שינוי אורך הגל גורם לשגיאה לינארית בפאזה. הטיה של הלוחית בזווית מסוימת יוצרת שינוי של אחד חלקי קוסינוס הזווית בדרך האופטית ומשנה בסדר שני (ריבועי) את הפאזה. עבור הקיטוב בציר הבלתי-רגיל, הטיה משנה גם את מקדם השבירה ומערבבת עם מקדם השבירה הרגיל (על ידי קוסינוס) כך שבשילוב עם הדרך האופטית, השינוי בפאזה עבור האור המקוטב בכיוון הבלתי-רגיל הוא אפס.

עבור פאזה שאיננה תלויה בקיטוב בסדר אפס, דרושה לוחית גל בעובי אורך גל אחד. עבור קלציט, מקדם השבירה משתנה רק במקום הראשון אחרי הנקודה העשרונית, כך שלוחית גל מסדר אפס היא עבה פי עשרה מאורך גל אחד. עבור קוורץ ומגנזיום פלואוריד, מקדם השבירה משתנה במקום השני אחרי הנקודה העשרונית ולוחיות גל מסדר אפס נפוצות עבור אורך גל בסדר גודל של מיקרון אחד.