قياس الاستقطاب

صورة رادار الفتحة الاصطناعية لوادي الموت ملونة باستخدام الاستقطاب.

الاستقطاب هو قياس وتفسير استقطاب الموجات المستعرضة ، وأبرزها الموجات الكهرومغناطيسية ، مثل الموجات الراديوية أو الضوئية . وعادة ما يتم إجراء الاستقطاب على الموجات الكهرومغناطيسية التي انتقلت عبر بعض المواد أو انعكست عليها أو انكسرت أو حيدت بواسطة بعض المواد من أجل توصيف هذا الجسم. ^[1]^[2]

الضوء المستقطب المستوي: طبقًا لنظرية الموجة الضوئية ، يُعتبر أن شعاع الضوء العادي يهتز في جميع المستويات ذات الزوايا القائمة على اتجاه انتشاره . وإذا مر شعاع الضوء العادي هذا عبر منشور نيكول ، فإن الشعاع الناشئ يكون اهتزازه في مستوى واحد فقط.

التطبيقات

تُعرف عملية استقطاب الأغشية الرقيقة والأسطح عادةً باسم القياس الإهليلجي .

تُستخدم تقنية الاستقطاب في تطبيقات الاستشعار عن بعد ، مثل علم الكواكب ، وعلم الفلك ، ورادار الطقس .

يمكن أيضًا تضمين الاستقطاب في التحليل الحسابي للموجات. على سبيل المثال، غالبًا ما تأخذ أجهزة الرادار في الاعتبار استقطاب الموجة في مرحلة ما بعد المعالجة لتحسين توصيف الأهداف. في هذه الحالة، يمكن استخدام الاستقطاب لتقدير الملمس الدقيق للمادة، والمساعدة في حل اتجاه الهياكل الصغيرة في الهدف، وعند استخدام الهوائيات ذات الاستقطاب الدائري، حل عدد ارتدادات الإشارة المستقبلة (تتناوب كيرالية الموجات ذات الاستقطاب الدائري مع كل انعكاس).

التصوير

في عام 2003، تم الإبلاغ عن جهاز تصوير طيفي للأشعة تحت الحمراء المرئية القريبة (VNIR) مع مرشح قابل للضبط الصوتي البصري (AOTF). ^[3] تعمل أجهزة التصوير الطيفي الفائق والاستقطاب الطيفي هذه في مناطق الإشعاع الممتدة من الأشعة فوق البنفسجية (UV) إلى الأشعة تحت الحمراء طويلة الموجة (LWIR). في أجهزة التصوير الطيفي الفائق الاستقطاب، يحول المحول الكهربي الضغطي إشارة التردد اللاسلكي (RF) إلى موجة فوق صوتية . تنتقل هذه الموجة بعد ذلك عبر بلورة متصلة بالمحول وعند دخولها إلى ممتص صوتي تنحرف. يمكن تعديل الطول الموجي لحزم الضوء الناتجة عن طريق تغيير إشارة التردد اللاسلكي الأولية. ^{[3] تعمل}أجهزة التصوير الطيفي الفائق الاستقطاب باستخدام VNIR وLWIR بشكل أفضل باستمرار كأجهزة تصوير طيفي فائق. ^[4] تم تطوير هذه التكنولوجيا في مختبر أبحاث الجيش الأمريكي. ^[3]

أفاد الباحثون ببيانات نظام الأشعة تحت الحمراء القريبة المرئية (VISNIR) (0.4-0.9 ميكرومتر) والتي تتطلب إشارة تردد لاسلكي أقل من 1 واط. تشير البيانات التجريبية المبلغ عنها إلى أن التوقيعات الاستقطابية فريدة من نوعها للعناصر المصنوعة من قبل الإنسان ولا توجد في الأشياء الطبيعية. يذكر الباحثون أن النظام المزدوج الذي يجمع كل من المعلومات الطيفية الفائقة والاستقطابية الطيفية، يمثل ميزة في إنتاج الصور لتتبع الهدف. ^[3]

يمكن للتصوير بالأشعة تحت الحمراء والكشف عنها باستخدام مقياس الاستقطاب أن يسلط الضوء على ميزات مختلفة في المشهد ويميزها ويعطي توقيعات فريدة لأشياء مختلفة. يمكن أن يعطي الهيكل المعدني النانوي البلازموني للكشف الاستقطابي في النطاقين المزدوجين للأشعة تحت الحمراء ذات الموجة المتوسطة والموجة الطويلة خصائص فريدة حول المواد والأشياء والأسطح المختلفة المكتشفة. ^[5]

علم الأحجار الكريمة

يستخدم علماء الأحجار الكريمة أجهزة الاستقطاب لتحديد خصائص الأحجار الكريمة المختلفة قيد الفحص. قد يتطلب الفحص السليم فحص الأحجار الكريمة في أوضاع وزوايا مختلفة. ^[6] جهاز الاستقطاب الخاص بعلم الأحجار الكريمة هو جهاز موجه رأسياً، وعادةً ما يكون به عدستان استقطاب إحداهما فوق الأخرى مع وجود بعض المساحة بينهما. يتم بناء مصدر ضوء في جهاز الاستقطاب أسفل العدسة المستقطبة السفلية ويشير إلى الأعلى. سيتم وضع الأحجار الكريمة أعلى العدسة السفلية ويمكن فحصها بشكل صحيح من خلال النظر إليها من خلال العدسة العلوية. لتشغيل جهاز الاستقطاب، قد يدير عالم الأحجار الكريمة العدسات المستقطبة يدويًا لمراقبة خصائص مختلفة حول الأحجار الكريمة. تستخدم أجهزة الاستقطاب مرشحاتها المستقطبة للكشف عن خصائص الأحجار الكريمة حول كيفية تأثيرها على موجات الضوء التي تمر من خلالها.

يمكن استخدام المستقطب أولاً لتحديد الطبيعة البصرية للجوهرة وما إذا كانت تنكسر منفردة (متساوي الخواص)، أو تنكسر بشكل غير طبيعي مرتين (متساوي الخواص)، أو تنكسر مرتين (متباين الخواص)، أو مجمعة. إذا كان الحجر ينكسر مرتين ولم يكن مجمعًا، فيمكن استخدام المستقطب لتحديد الشكل البصري للجوهرة بشكل أكبر، أو ما إذا كانت أحادية المحور أو ثنائية المحور. قد تتطلب هذه الخطوة استخدام عدسة مكبرة ، تُعرف أيضًا باسم المنظار المخروطي. ^[7] أخيرًا، يمكن استخدام المستقطب للكشف عن تعدد ألوان الأحجار الكريمة، على الرغم من أن المنظار ثنائي اللون قد يكون مفضلًا لهذا الغرض لأنه قد يُظهر ألوانًا متعددة الألوان جنبًا إلى جنب لتسهيل التعرف عليها.

معدات

يُعد جهاز قياس الاستقطاب الأداة العلمية الأساسية المستخدمة لإجراء هذه القياسات، على الرغم من أن هذا المصطلح نادرًا ما يستخدم لوصف عملية قياس الاستقطاب التي يتم إجراؤها بواسطة الكمبيوتر، كما هو الحال في الرادار ذي الفتحة التركيبية الاستقطابية .

يمكن استخدام الاستقطاب لقياس خصائص بصرية مختلفة لمادة ما، بما في ذلك الازدواج الانكساري الخطي ، والازدواج الانكساري الدائري (المعروف أيضًا باسم الدوران البصري أو التشتت الدوراني البصري)، والازدواج اللوني الخطي ، والازدواج اللوني الدائري والتشتت . ^[8] لقياس هذه الخصائص المختلفة، كان هناك العديد من تصميمات أجهزة قياس الاستقطاب، بعضها قديم وبعضها قيد الاستخدام حاليًا. تعتمد أكثرها حساسية على مقاييس التداخل ، بينما تعتمد أجهزة قياس الاستقطاب الأكثر تقليدية على ترتيبات من المرشحات الاستقطابية أو الألواح الموجية أو الأجهزة الأخرى.

الاستقطاب الفلكي

تُستخدم تقنية الاستقطاب في العديد من مجالات علم الفلك لدراسة الخصائص الفيزيائية للمصادر بما في ذلك النوى المجرية النشطة والمتوهجات والكواكب الخارجية والغاز والغبار في الوسط بين النجوم والمستعرات العظمى وانفجارات أشعة جاما ودوران النجوم ^[9] والحقول المغناطيسية النجمية وأقراص الحطام والانعكاس في النجوم الثنائية ^[10] وإشعاع الخلفية الكونية للميكروويف . تُجرى ملاحظات الاستقطاب الفلكية إما كقياس استقطاب التصوير، حيث يتم قياس الاستقطاب كدالة للموضع في بيانات التصوير، أو قياس الاستقطاب الطيفي، حيث يتم قياس الاستقطاب كدالة لطول موجة الضوء، أو قياس الاستقطاب ذي الفتحة العريضة النطاق.

قياس الدوران البصري

غالبًا ما تظهر العينات النشطة بصريًا ، مثل محاليل الجزيئات الكيرالية، ازدواجية انكسار دائرية . تتسبب الازدواجية الانكسارية الدائرية في دوران استقطاب الضوء المستقطب المستوي أثناء مروره عبر العينة.

في الضوء العادي، تحدث الاهتزازات في جميع المستويات العمودية على اتجاه الانتشار. عندما يمر الضوء عبر منشور نيكول، يتم قطع اهتزازاته في جميع الاتجاهات باستثناء اتجاه محور المنشور. يقال إن الضوء الخارج من المنشور مستقطب مستوي لأن اهتزازه في اتجاه واحد. إذا تم وضع منشورين نيكول بحيث تكون مستويات الاستقطاب الخاصة بهما متوازية مع بعضها البعض، فإن أشعة الضوء الخارجة من المنشور الأول ستدخل المنشور الثاني. ونتيجة لذلك، لا يُلاحظ أي فقدان للضوء. ومع ذلك، إذا تم تدوير المنشور الثاني بزاوية 90 درجة، فإن الضوء الخارج من المنشور الأول يتوقف بواسطة المنشور الثاني ولا يخرج أي ضوء. يُطلق على المنشور الأول عادةً اسم المستقطب ويُطلق على المنشور الثاني اسم المحلل .

يتكون مقياس الاستقطاب البسيط لقياس هذا الدوران من أنبوب طويل ذو نهايات زجاجية مسطحة ، توضع فيه العينة. في كل طرف من طرفي الأنبوب يوجد منشور نيكول أو مستقطب آخر. يُسلط الضوء عبر الأنبوب، ويتم تدوير المنشور الموجود في الطرف الآخر، المتصل بقطعة العين، للوصول إلى منطقة السطوع الكامل أو منطقة نصف الظلام أو نصف السطوع أو منطقة الظلام الكامل. ثم تُقرأ زاوية الدوران من مقياس. تُلاحظ نفس الظاهرة بعد زاوية 180 درجة. يمكن بعد ذلك حساب الدوران النوعي للعينة. يمكن أن تؤثر درجة الحرارة على دوران الضوء، والذي يجب أخذه في الاعتبار في الحسابات.

$[\alpha ]_{\lambda }^{T}=100\alpha /l\rho \,\!$

أين:

[α] _λ^T هو الدوران النوعي.
T هي درجة الحرارة.
λ هو طول موجة الضوء.
α هي زاوية الدوران.
l هي المسافة التي يقطعها الضوء عبر العينة، وطول المسار.
$\rho$ هو تركيز كتلة المحلول.

انظر أيضا

قياس القطع الناقص

مراجع

^ ميشينكو، مي؛ ياتسكيف، واي إس؛ روزنبوش، في كيه؛ فيدين، جيه، محررون (2011). الكشف الاستقطابي والتمييز والاستشعار عن بعد، وقائع معهد الدراسات المتقدمة التابع لحلف شمال الأطلسي حول تقنيات الكشف الخاصة (قياس الاستقطاب) والاستشعار عن بعد، يالطا، أوكرانيا 20 سبتمبر – 1 أكتوبر 2010، السلسلة: سلسلة العلوم من أجل السلام والأمن التابعة لحلف شمال الأطلسي ج: الأمن البيئي. سلسلة العلوم من أجل السلام والأمن التابعة لحلف شمال الأطلسي ج: الأمن البيئي (الطبعة الأولى). سبرينغر. رقم ISBN 9789400716353.
^ Tinbergen, Jaap (2007). Astronomical Polarimetry . Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-01858-6.
^ abcd Goldberg, A.; Stann, B.; Gupta, N. (يوليو 2003). "Multispectral, Hyperspectral, and Three-Dimensional Imaging Research at the US Army Research Laboratory" (PDF) . وقائع المؤتمر الدولي للاندماج الدولي [السادس] . 1 : 499–506. مؤرشف من الأصل (PDF) في 3 مايو 2017.
^ مكي، إيهاب؛ يونس، رفيق؛ فرانسيس، كلوفيس؛ بيانكي، تيزيانو؛ زوكيتي، ماسيمو (1 فبراير 2017). "مسح للكشف عن الألغام الأرضية باستخدام التصوير الطيفي الفائق" (PDF) . مجلة الجمعية الدولية للتصوير الضوئي والاستشعار عن بعد . 124 : 40-53. رمز Bibcode :2017JPRS..124...40M. doi :10.1016/j.isprsjprs.2016.12.009. ISSN 0924-2716.
^ عوض، إيهاب؛ وآخرون (يناير 2017). "مقياس الاستقطاب النانوي البلازموني ذو الخطوط المعدنية للكشف بالأشعة تحت الحمراء ثنائية النطاق". رسائل الإلكترونيات . 53 (2): 95. رمز Bibcode :2017ElL....53...95A. doi :10.1049/el.2016.3778.
^ "Polariscope". Gemstone Buzz . تم الاسترجاع في 4 يناير 2022 .
^ "Polariscope - The Gemology Project". gemologyproject.com . تم الاسترجاع في 4 يناير 2022 .
^ V. Tuchin (2000). Tissue Optics Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis . Society of Photo Optical. ISBN 978-0-8194-3459-3.
^ Cotton, Daniel V; Bailey, Jeremy; Howarth, Ian D; Bott, Kimberly; Kedziora-Chudczer, Lucyna; Lucas, P. W; Hough, J. H (2017). "الاستقطاب بسبب التشوه الدوراني في النجم الساطع Regulus". علم الفلك الطبيعي . 1 (10): 690–696. arXiv : 1804.06576 . Bibcode :2017NatAs...1..690C. doi :10.1038/s41550-017-0238-6. S2CID 53560815.
^ بيلي، جيريمي؛ كوتون، دانيال ف.؛ كيدزيورا-تشودكزر، لوسينا؛ دي هورتا، أين؛ مايبور، دارين (1 أبريل 2019). "الضوء المنعكس المستقطب من نظام سبيكا الثنائي". علم الفلك الطبيعي . 3 (7): 636-641. arXiv : 1904.01195 . رمز Bibcode : 2019NatAs...3..636B. doi : 10.1038/s41550-019-0738-7. S2CID 131977662.

روابط خارجية

المستقطب – جهاز قياس طقطقة الأحجار الكريمة لقياس الخصائص البصرية.
مشروع الاتحاد الأوروبي NanoCharM nanocharm.org

Original text

Rate this translation

Your feedback will be used to help improve Google Translate

[1] ميشينكو، مي؛ ياتسكيف، واي إس؛ روزنبوش، في كيه؛ فيدين، جيه، محررون (2011). الكشف الاستقطابي والتمييز والاستشعار عن بعد، وقائع معهد الدراسات المتقدمة التابع لحلف شمال الأطلسي حول تقنيات الكشف الخاصة (قياس الاستقطاب) والاستشعار عن بعد، يالطا، أوكرانيا 20 سبتمبر – 1 أكتوبر 2010، السلسلة: سلسلة العلوم من أجل السلام والأمن التابعة لحلف شمال الأطلسي ج: الأمن البيئي. سلسلة العلوم من أجل السلام والأمن التابعة لحلف شمال الأطلسي ج: الأمن البيئي (الطبعة الأولى). سبرينغر. رقم ISBN 9789400716353.

[2] Tinbergen, Jaap (2007). Astronomical Polarimetry . Cambridge University Press . ISBN 978-0-521-01858-6.

[:0-3] Goldberg, A.; Stann, B.; Gupta, N. (يوليو 2003). "Multispectral, Hyperspectral, and Three-Dimensional Imaging Research at the US Army Research Laboratory" (PDF) . وقائع المؤتمر الدولي للاندماج الدولي [السادس] . 1 : 499–506. مؤرشف من الأصل (PDF) في 3 مايو 2017.

[4] مكي، إيهاب؛ يونس، رفيق؛ فرانسيس، كلوفيس؛ بيانكي، تيزيانو؛ زوكيتي، ماسيمو (1 فبراير 2017). "مسح للكشف عن الألغام الأرضية باستخدام التصوير الطيفي الفائق" (PDF) . مجلة الجمعية الدولية للتصوير الضوئي والاستشعار عن بعد . 124 : 40-53. رمز Bibcode :2017JPRS..124...40M. doi :10.1016/j.isprsjprs.2016.12.009. ISSN 0924-2716.

[5] عوض، إيهاب؛ وآخرون (يناير 2017). "مقياس الاستقطاب النانوي البلازموني ذو الخطوط المعدنية للكشف بالأشعة تحت الحمراء ثنائية النطاق". رسائل الإلكترونيات . 53 (2): 95. رمز Bibcode :2017ElL....53...95A. doi :10.1049/el.2016.3778.

[6] "Polariscope". Gemstone Buzz . تم الاسترجاع في 4 يناير 2022 .

[7] "Polariscope - The Gemology Project". gemologyproject.com . تم الاسترجاع في 4 يناير 2022 .

[8] V. Tuchin (2000). Tissue Optics Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis . Society of Photo Optical. ISBN 978-0-8194-3459-3.

[9] Cotton, Daniel V; Bailey, Jeremy; Howarth, Ian D; Bott, Kimberly; Kedziora-Chudczer, Lucyna; Lucas, P. W; Hough, J. H (2017). "الاستقطاب بسبب التشوه الدوراني في النجم الساطع Regulus". علم الفلك الطبيعي . 1 (10): 690–696. arXiv : 1804.06576 . Bibcode :2017NatAs...1..690C. doi :10.1038/s41550-017-0238-6. S2CID 53560815.

[10] بيلي، جيريمي؛ كوتون، دانيال ف.؛ كيدزيورا-تشودكزر، لوسينا؛ دي هورتا، أين؛ مايبور، دارين (1 أبريل 2019). "الضوء المنعكس المستقطب من نظام سبيكا الثنائي". علم الفلك الطبيعي . 3 (7): 636-641. arXiv : 1904.01195 . رمز Bibcode : 2019NatAs...3..636B. doi : 10.1038/s41550-019-0738-7. S2CID 131977662.

اللغة	العربية (RTL)
روابط موسوعية	30 رابطاً
المصدر الأصلي	ويكيبيديا ↗