Seltsamer Lichtpolarisationseffekt?

Ich habe eine Weile mit Xenon-Blitz-/Entladungslampen mit MgF2-Fenstern gearbeitet. Primär habe ich ihre Spektren mit zwei Normalinzidenz-Spektrometern gegen eine kalibrierte Deuteriumlampe charakterisiert. In diesem speziellen Fall enthielt es ein Design vom Typ Czerny-Turner.

Als Nebenuntersuchung habe ich eine der Xenon-Blitzlampen in etwa 45°-Schritten um 360° gedreht und für jeden Rotationsschritt zeitaufgelöste Spektren im Bereich von 200 bis 500 nm aufgenommen. Zeitaufgelöst bedeutet, dass ich Messungen / Spektralscans im Abstand von 0,1 µs bei einer Belichtungszeit von 0,168 µs gemacht habe. Da die Belichtungszeit länger als das Intervall ist, habe ich nur einen Spektralscan pro Blitz gemacht, für jeden Blitz um weitere 0,1 µs verzögert. Ich gehe davon aus, dass dies in Ordnung ist, da die Intensität des von der Entladung emittierten Lichts über ihr gesamtes Spektrum hinweg stabil ist

σ = 0,0294
Also integriere ich für jeden Rotationsschritt und jedes Intervall über ein ganzes kalibriertes Spektrum. Wenn ich das Ergebnis zeichne, sieht es in etwa so aus: irgendeine Handlung

(Der eigentliche Blitz ist für etwa 1,5 µs „sichtbar“, während ein „Nachleuchten“ meist bei längeren Wellenlängen mit weniger als 5 % der maximalen Intensität für etwa weitere 40 µs auftritt.)

Mein Verständnis ist, dass sich Normal-Incidence-Spektrometer wie Polarisationsfilter verhalten. Ich würde also perfekte Ellipsen erwarten - punktsymmetrisch - wenn das Licht (teilweise) polarisiert ist. Was ich sehe, sieht anders aus, unsymmetrisch.

Wenn Sie auch eine andere Art von Handlung gemacht haben. Das erste zeigt, wie es theoretisch aussehen sollte:irgendeine Handlung

Und das bekomme ich:eine andere Figur

Ich nehme an, dass ich Ellipsen sehe. Die große Halbachse / maximaler Radius wird rot (1) angezeigt, die kleine Halbachse / minimaler Radius wird blau (-1) angezeigt.

Meine Fragen ... gibt es einen physikalischen Zusammenhang, der das unsymmetrische Verhalten erklären könnte (außer Messunsicherheiten?). Wenn dies nicht der Fall ist, wäre es angemessen, Ellipsen in die Daten einzufügen?

BEARBEITEN (1): noch einer Basierend auf der Antwort von @akhmeteli habe ich verschiedene Wellenlängen untersucht. Oben links: 230 nm; oben rechts: 260 nm; unten links: 362 nm; unten rechts: 461 nm. Die ersten drei stellen Spektrallinien dar, die vierte ist eine zufällige Auswahl ohne spezifisches Merkmal. Meine Daten haben eine Auflösung von 0,2nm. Hier habe ich von Lambda-0,2 bis Lambda+0,2 nm integriert, so eng wie möglich. Mein Eindruck ist, dass der beobachtete Effekt nicht (sehr) von der Wellenlänge abhängt.

Ich hatte einmal einen Grund, eine (einfach langweilige Argon-Stickstoff-) Blitzlampe zu verwenden, und habe seitdem eine Schwäche für sie (eigentlich habe ich eine Schwäche für viele antiquierte Kits, die immer noch gelegentlich spezielle Verwendung finden). Darf ich fragen, was Ihre Anwendung ist?
Einfach langweilig ... ja, das ist eine schöne Beschreibung meiner Lampen. Sie wurden im Grunde zur Photoionisierung von Staub / Partikeln verwendet.
Ich nehme an, die Blitzlampe befindet sich in einer Art transparentem Gehäuse mit einem eigenen Brechungsmuster von einer nicht hilfreichen Form. Ich frage mich, ob das zu dem beiträgt, was Sie sehen.

Antworten (2)

Es ist nicht offensichtlich, dass die Strahlung bei jeder Wellenlänge gleich polarisiert ist. Die Reflexion unter streifendem Einfall hängt von der Wellenlänge ab. Also selbst wenn wir davon ausgehen, dass Sie für jede Wellenlänge eine Ellipse erhalten würden (und selbst das ist mir nicht ganz klar: Wenn beispielsweise linear polarisiertes Licht durch einen Polarisator geht, würde man etwas erwarten, das wie eine Acht aussieht, aber ich kann sich irren), ist es nicht offensichtlich, dass Sie nach der Integration eine Ellipse erhalten. Um dies zu überprüfen, möchten Sie möglicherweise dieselbe Messung über einen kleinen Teil des Spektrums integrieren.

BEARBEITEN (20.12.2012): @ernestopheles hat mich davon überzeugt, dass die Integration über die Wellenlänge die Ergebnisse nicht erklären kann. Es ist jedoch immer noch möglich, dass die Integration über die Zeit die Ergebnisse erklären kann, da die Intensität über die Integrationszeit dramatisch variiert und es nicht offensichtlich ist, dass sich die Polarisation nicht mit der Zeit ändert. Um dies zu überprüfen, kann man die Integrationszeit verringern.

Danke für die Antwort. Ich habe meine ursprüngliche Frage bearbeitet und ein weiteres Diagramm hinzugefügt, bei dem verschiedene Wellenlängen untersucht werden. Es sieht ziemlich ähnlich aus wie vorher ... (?)
@ernestopheles: Ich stimme zu. Können Sie mir mehr über das Spektroskop erzählen - wird zB Spiegelspektroskopie verwendet oder etwas anderes? Haben Sie überprüft, ob Fresnel-Koeffizienten Ihre Daten erklären können?
Ich habe ein eigenständiges Gerät verwendet ... lot-oriel.com/files/downloads/andor/en/…
@ernestopheles: Es sieht so aus, als wäre dies kein Spektrometer für streifende Einfälle: andor.com/pdfs/specifications/… . Übersehe ich etwas Einfaches?
Ich denke, das tun Sie nicht. Mein Fehler, es enthält einen Czerny-Turner-Monochromator bei normalem Einfall. Die Frage bleibt aber grundsätzlich. (Es gibt tatsächlich Czerny-Turner-Geräte mit streifendem Einfall, aber das ist hier nicht der Fall.)

Das sieht für mich nach thermisch induzierter Spannungsdoppelbrechung der Fenster aus. Die Zeitabhängigkeit ist hier das Schlüsselsignal. Es ist schwer zu sehen, was in den ersten μs passiert, aber für die nächsten ~20 μs sehen Sie das erwartete Polarisationsverhalten, dann werden die Dinge verrückt und zeigen eine Verdoppelung des Musters bei etwa 32 μs und dann etwas Zufälligkeit.

Anscheinend erwärmt sich das Lampenfenster, dehnt sich aus und erfährt dann aufgrund der Art und Weise, wie es montiert ist, eine gewisse Spannung. Die Spannung ändert die Doppelbrechung an verschiedenen Positionen des Fensters unterschiedlich (siehe zum Beispiel https://en.wikipedia.org/wiki/Photoelasticity ), und was Sie messen, ist eine durchschnittliche Polarisation über die gesamte Oberfläche des Fensters. Wenn das Fenster nach dem Impuls abkühlt, verteilt sich die Spannung neu und ändert die Polarisation.

MgF 2 ist zunächst doppelbrechend ( https://en.wikipedia.org/wiki/Magnesium_fluoride#Optics ), obwohl das Fenster wahrscheinlich über die c -Achse des Kristalls geschnitten ist, um dies zu minimieren. Nach meiner eigenen Erfahrung zeigen Saphirfenster mit c -Achsenschliff auch Spannungsdoppelbrechung.

Dies ist selbst bei konstanten Temperaturen ein schwer zu vermeidender Effekt, und manchmal sind heldenhafte Anstrengungen erforderlich, um Fenster für polarisationsempfindliche Anwendungen spannungsfrei zu montieren. Siehe zum Beispiel http://dx.doi.org/10.1063/1.3606437 (Entschuldigung für die Paywall, aber die Hauptidee liegt im Abstrakten.)

Seltsamer Lichtpolarisationseffekt?
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