晶體濾光器

晶體濾光器由折射晶體構成的、利用偏振光的干涉作用得到充滿視場的單色光的儀器。

什麼是晶體濾光器

又稱偏振干涉濾光器或李奧濾光器，是李奧和奧曼分別於1933年和1938年獨立發明的。主要用於太陽的單色光觀測，最常用的雙折射濾光器，其透射帶半寬在0.1～1埃之間。大多數的工作波長為6563埃。

原理

偏振光進入光軸平行於通光表面的雙折射晶片後，分成振動方向垂直於晶軸的尋常光和平行於晶軸的非常光。出射時，它們之間具有以波長λ為單位的光程差n=μd/λ。這裡d為晶片厚度，μ是雙折射率,即尋常光與非常光折射率之差。若再通過一偏振片，兩束光就發生干涉。當偏振片的偏振軸平行於入射光的振動方向，且同晶軸成45°時,透射光強度為：τ=cos2nπ。n為整數時,τ有極大值；而當n為半整數時，τ為零。因此,若入射光是白光，便得到明暗相間的透過帶。若偏振光相繼通過以上三個組合，便得到如圖1d所示的相隔較遠的狹窄的透射帶。將這樣的組合增加到足夠多（其中每塊晶片的厚度都是它前面晶體厚度的 2倍）時，可得到足夠窄的透射帶。帶兩旁第一個零點之間的波長間隔與最厚一級的相同，透射帶極大值之間的波長間隔與最薄一級的相同。這種組合稱為李奧Ⅰ型簡單級濾光器。

結構

埃文斯提出將簡單濾光器的一個級分成厚度相等的兩半。中間夾入另一級,一起放在兩正交偏振片之間,短線表示晶軸或偏振軸的方向。透過這種組合的光強度為:

其中np和nj分別為中間級和分開級的光程差。這種形式稱為分開級濾光器。由於兩偏振片之間放了兩級晶體，所以可比簡單濾光器省掉約一半數量偏振片，使透射率大為提高。

另一種索克濾光器由夾在兩偏振片之間的若干厚度相等的晶片構成。各相鄰晶片的晶軸方向之間的夾角和兩端的晶片晶軸與偏振片光軸之間的夾角可以有多種方式來確定。改變索克濾光器中晶片之間的相對方位可使透射極大的位置與透射帶輪廓發生變化。由於整個濾光器只用兩塊偏振片，所以其透射率可比李奧濾光器大為提高。

若以最薄的晶體級透射帶間隔作為標準，在濾光器主極大帶兩旁總寬度範圍內，次級帶的總能量大約為主帶能量的10%，索克濾光器的要更強一些。

不同方向的光線通過晶體後出射，有不同的光程差。因此，斜光線通過濾光器所引起的主極大的位移和次級帶能量的增加便會限制視場。一般說來，濾光器的可用視場約為 1°。李奧將濾光器的一級分成厚度相等的兩半,光軸互相正交，中間放一1/2波片，這樣的級能擴大視場，稱為寬場級。將濾光器中透射帶較窄的級改為寬場級，可將其視場擴大到4°左右。

材料

太陽觀測有時要求濾光器的主帶位置向紫翼或紅翼作小範圍的移動。為實現這一要求，現已研製成功在可見光範圍內可調到任意波長處的濾光器。雙折射物質的μ值與溫度有關。因此濾光器需在恆溫下工作，以避免由溫度變化引起的透射帶位移。為了減少反射損失和雜散光，所有元件都浸在矽油中。最常用的雙折射材料是水晶和冰洲石晶體。