9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Syksy 2017 Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

Samankaltaiset tiedostot
9. Polarimetria. 1. Stokesin parametrit 2. Polarisaatio tähtitieteessä. 3. Polarisaattorit 4. CCD polarimetria

10. Polarimetria. 1. Polarisaatio tähtitieteessä. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

9. Polarimetria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Kevät 2014 Veli-Matti Pelkonen (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

9. Polarimetria. tähtitieteessä. 1. Polarisaatio. 2. Stokesin parametrit. 3. Polarisaattorit. 4. CCD polarimetria

1. Polarimetria. voidaan tutkia mm. planeettojen ilmakehien ja tähtien välistä pölyä.

Polarisaatio. Timo Lehtola. 26. tammikuuta 2009

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

3. Optiikka. 1. Geometrinen optiikka. 2. Aalto-optiikka. 3. Stokesin parametrit. 4. Perussuureita. 5. Kuvausvirheet. 6. Optiikan suunnittelu

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

Polarimetria. Teemu Pajunen, Kalle Voutilainen, Lauri Valkonen, Henri Hämäläinen, Joel Kauppo

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

5. Optiikka. Havaitsevan tähtitieteen pk I, luento 5, Kalvot: Jyri Näränen ja Thomas Hackman. HTTPK I, kevät 2012, luento 5

Valon luonne ja eteneminen. Valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, ei tarvitse väliainetta edetäkseen

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

S OPTIIKKA 1/10 Laboratoriotyö: Polarisaatio POLARISAATIO. Laboratoriotyö

Kuva 1. Valon polarisoituminen. P = polarisaattori, A = analysaattori (kierrettävä).

7.4 Fotometria CCD kameralla

XFYS4336 Havaitseva tähtitiede II

23 VALON POLARISAATIO 23.1 Johdanto Valon polarisointi ja polarisaation havaitseminen

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Optiikka. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Spektroskopia. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

8. Fotometria (jatkuu)

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, yhteenveto

jonka peruslait tiivistyvät neljään ns. Maxwellin yhtälöön.

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 HILA JA PRISMA

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

Pro-gradu tutkielma. Ympyräpolarisoidun synkrotronisäteilyn tuotto. Aleksi Änäkkälä Oulun yliopisto Fysiikan laitos 2012

POLARIMETRIA. NOT-tiedekoulun 2011 tutkielma. Tekijät: Aherto, Joona Kivijärvi, Juuso Koivunen, Miika Korhonen, Vili Väkevä, Sakari

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2012

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2016)

7 VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Spektroskopia. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2007

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät 2008

11. Astrometria, ultravioletti, lähiinfrapuna

CCD-kamerat ja kuvankäsittely

e =tyhjiön permittiivisyys

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I. Datan käsittely. Jyri Lehtinen. kevät Helsingin yliopisto, Fysiikan laitos

Teoreettisia perusteita II

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I Johdanto

Optiikkaa. () 10. syyskuuta / 66

4 Optiikka. 4.1 Valon luonne

Aaltojen heijastuminen ja taittuminen

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan

Havaitsevan tähtitieteen pk1 luento 7, Astrometria, ultravioletti ja lähi-infrapuna. Kalvot: Jyri Näränen, Mikael Granvik & Veli-Matti Pelkonen

Havaitsevan tähtitieteen pk I, 2012

d sinα Fysiikan laboratoriotyöohje Tietotekniikan koulutusohjelma OAMK Tekniikan yksikkö TYÖ 8: SPEKTROMETRITYÖ I Optinen hila

8. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luennot ja Thomas Hackman (Kalvot JN & TH) HTTPKI, kevät 2010, luennot 8-9 0

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

8. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luennot ja Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, VMP)

10. Spektrometria. Havaitsevan tähtitieteen luennot & Thomas Hackman. HTTPK I kevät

Refraktorit Ensimmäisenä käytetty teleskooppi-tyyppi

766334A Ydin- ja hiukkasfysiikka

ja läpäisyaika lasketaan (esim) integraalilla (5.3.1), missä nyt reitti s on z-akselilla:

5.3 FERMAT'N PERIAATE

ELEC-A4130 Sähkö ja magnetismi (5 op)

Teoreettisia perusteita I

MS-A0204 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (ELEC2) Luento 7: Pienimmän neliösumman menetelmä ja Newtonin menetelmä.

Kohina. Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N)

VALON DIFFRAKTIO JA POLARISAATIO

Fysikaalisen kemian syventävät työt CCl 4 -molekyylin Ramanspektroskopia

Tfy Fysiikka IIB Mallivastaukset

Tehtävä 4.7 Tarkastellaan hiukkasta, joka on pakotettu liikkumaan toruksen pinnalla.

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, kevät Luento 2, : Ilmakehän vaikutus havaintoihin Luennoitsija: Jyri Näränen

1/6 TEKNIIKKA JA LIIKENNE FYSIIKAN LABORATORIO V

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Muutoksen arviointi differentiaalin avulla

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 2

Maa Kameran kalibrointi. TKK/Fotogrammetria/PP

Etäisyyden yksiköt tähtitieteessä:

Alijärjestelmän mittaus ja muita epätäydellisiä mittauksia

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I

Havaitsevan tähtitieteen pk1 luento 12, Astrometria. Kalvot: Jyri Näränen, Mikael Granvik & Veli-Matti Pelkonen

Solmu 3/2001 Solmu 3/2001. Kevään 2001 ylioppilaskirjoitusten pitkän matematiikan kokeessa oli seuraava tehtävä:

7. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luennot ja Mikael Granvik (Kalvot JN, TH & MG) HTTPKI, kevät 2011, luennot 7-8

5. Kaukoputket ja observatoriot. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luento Thomas Hackman

7.-8. Fotometria. Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, luennot 1.3. ja Veli-Matti Pelkonen (Kalvot JN, TH, MG & VMP)

Ei välttämättä, se voi olla esimerkiksi Reuleaux n kolmio:

TTY Mittausten koekenttä. Käyttö. Sijainti

HEIJASTUMINEN JA TAITTUMINEN

Logiikan rakenteen lisäksi kaikilla ohjelmoitavilla logiikoilla on myös muita yhteisiä piirteitä.

9. Tila-avaruusmallit

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 5. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 5 () Numeeriset menetelmät / 28

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

PHYS-C0240 Materiaalifysiikka kevät 2017

testo 460 Käyttöohje

Sähkömagneettinen säteily ja sen vuorovaikutusmekanismit

PYP I / TEEMA 4 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

Albedot ja magnitudit

2 Raja-arvo ja jatkuvuus

Antennin impedanssi. Z A = R A + jx A, (7 2 ) jossa R A on sy öttöresistanssi ja X A sy öttöreak tanssi. 6. maaliskuuta 2008

dx = L2 (x + 1) 2 dx x ln x + 1 = L 2 1 L + 1 L ( = 1 ((L + 1)ln(L + 1) L) L k + 1 xk+1 = 1 k + 2 xk+2 = 1 10k+1 k + 2 = 7.

Radioastronomia harjoitustyö; vedyn 21cm spektriviiva

1.1 Magneettinen vuorovaikutus

PYP I / TEEMA 8 MITTAUKSET JA MITATTAVUUS

FYSA230/2 SPEKTROMETRI, HILA JA PRISMA

Transkriptio:

9. Polarimetria Havaitsevan tähtitieteen peruskurssi I, Syksy 2017 Thomas Hackman (Kalvot JN, TH, MG & VMP) 1

9. Polarimetria 1. Stokesin parametrit 2. Polarisaatio tähtitieteessä 3. Polarisaattorit 4. CCD polarimetria 5. Polarisaatiostandardit 6. Lineaaripolarimetria 7. Ympyräpolarimetria 2

9.1 Stokesin parametrit <- Lineaaripolarisaatio Elliptinen (tai ympyrä- )polarisaatio -> 3

9.1 Stokesin parametrit Stokesin parametrit kuvaavat muuten täydellisesti sähkömagneettista säteilyä, mutta ei ota huomioon vaihetta Formalismi sopii vain tilanteisiin, joissa säteily ei ole koherenttia. Säteen kohdatessa optisen elementin muuttuu Stokesin vektori. Muutosta voidaan kuvata Müllerin matriisilla. 4

9.1 Stokesin parametrit Missä akselit) IP E = (Q 2 + U 2 +V 2 ) ½ (a ja b ovat ellipsin Jos eli niin säteilyn sanotaan olevan polarisoitumatonta Polarisaatioaste on P E 5

9.1 Stokesin parametrit Positiokulma on: Usein käytetään ns. normeerattuja Stokesin parametreja Q/I=P Q ja U/I=P U joista saadaan lineaarinen polarisaatioaste Polarisaatioaste ja positiokulma voidaan mitata havainnoista, jos käytössä on sopiva mittalaite. 6

9.2 Polarisaatio tähtitieteessä Polarisaatiolla voidaan mitata aineen ominaisuuksia, joihin spektreillä ja/tai fotometrialla ei päästä. esim. Pintarakenne, magneettikenttä Polarisaatiosignaali on heikompi vaikeampi mitata Aina, kun valo kohtaa jotenkin orientoitunutta ainetta, se polarisoituu (esim. pöly magneettikentässä) Myös monet fysikaaliset ilmiöt tuottavat polarisoitunutta valoa 7

9.2 Polarisaatio tähtitieteessä Negatiivista lineaaripolarisaatiota havaitaan mm. Aurinkokuntien ilmakehättömien kappaleiden pinnalla 8

9.2 Polarisaatio tähtitieteessä Komeetta Hale-Bopp normaalissa valossa ja polarisaatiomittaus Nuorta tähteä kiertävä pölykiekko 9

9.2 Polarisaatio tähtitieteessä Valon polarisaatio Linnunradassa 10

9.2 Polarisaatio tähtitieteessä Zeemanin ilmiö johtuu atomin magneettimomentin vuorovaikutuksesta ympäröivän magneettikentän kanssa Tuloksena on emissioviivan hajoaminen useampaan osaan Hajontaväli riippuu magneettikentän voimakkuudesta Viivojen komponenttien säteily on polarisoitunutta 11

9.3 Polarisaattorit Optinen komponentti tai komponentteja, joilla polarisaatio voidaan mitata. Suurin osa näistä perustuu kahtaistaittaviin (birefringent) materiaaleihin (esim. kalsiitti) Tällaisilla materiaaleilla on kaksi eri taitekerrointa: Taitekerroin riippuu saapuvan säteilyvektorin värähtelysuunnasta optisen akselin suhteen. Kaksinaistaittavista materiaaleista voidaan rakentaa optisia komponentteja, jotka jakavat saapuvan valon kahdeksi säteeksi, joiden polarisaatio on toistensa suhteen 90 kääntynyt: O- (ordinary) ja e- (extraordinary) säteiksi Myös polaroidilevyjä käytetään 12

9.3 Polarisaattorit 13

9.3 Polarisaattorit 14

9.3 Aaltolevyt Aaltolevyillä voidaan mm. kääntää lineaaripolarisaation tasoa tai muuttaa ympyräpolarisaatiota lineaariseksi Ne on tehty kahtaistaittavasta materiaalista, usein kalsiitista mutta mm. jotkut polymeerit käyvät /2 ja /4 aaltolevyt ovat yleisimmin käytetyt 15

9.3.1 /2 aaltolevy Puoliaaltolevyllä saadaan käännettyä lineaarisen polarisaation suuntaa Siinä vaiheviive o- ja e- säteiden välillä on 180 Näin jos mittausten välillä käännetään puoliaaltolevyä 0, 22.5, 45 ja 62.5 saadaan o- ja e-säteiden intensiteetti mitattua kulmilla 0, 45, 90 ja 135 16

9.3.2 /4 aaltolevy Neljäsosa-aaltolevyllä voidaan muuttaa elliptisesti- tai ympyräpolarisoitunut säteily lineaarisesti polarisoituneeksi (tai päinvastoin) Siinä vaiheviive on 90 toiselle komponentille. 17

9.3 Wedged Double Wollaston (WeDoWo) Esimerkki nykyaikaisesta CCD polarimetrisesta ratkaisusta, jossa neljä polarisaatiotilaa saadaan mitattua kerralla Haittapuolena pieni kuvakenttä 18

9.4 CCD polarimetria CCD polarimetriassa saadaan yleensä mitattua samanaikaisesti sekä o- että e-säde käyttämällä puoliaaltolevyn ja kalsiittilevyn yhdistelmää (myös polaroideja käytetään) Tällöin ilmakehän polarisaatio (ja suurin osa muistakin systemaattisista häiriöistä) voidaan jättää huomiotta Ongelmana on melko pieni kuvakenttä ja säteiden kulmaerotus. Tätä ongelmaa ei ole jos käytetään polaroidia tms. polarisaattoria, missä päästetään vain yksi polarisaatiokulma mittalaitteelle, mutta silloin menetetään yleensä > 60% fotoneista. 19

9.4 CCD polarimetria Mittauksissa hyvä pitää mielessä intensiteetin vaihtelu mittauksen eri vaiheissa (esim. puoliaaltolevyn eri kulmilla), jotta kohde ei saturoidu CCD kamerassa. Polarisaatiomittauksen redusointi tapahtuu pitkälti samaan tyyliin kuin fotometriassakin. Datapisteiden mittaus kuvasta on yleensä suhteellista fotometriaa. 20

9.5 Polarisaatiostandardit Jotta polarisaatiomittaukset saadaan muunnettua vertailukelpoisiksi, on mitattava standardeja Hyviä standardeja on melko vähän ja ne voivat olla hankalia havaita 21

9.5 Nollapolarisaation standardit Mittalaitteessa on usein jonkin verran polaroivia komponentteja => instrumenttipolarisaatio, jonka vaikutus tulee poistaa Tätä varten täytyy havaita kohteita, joiden polarisaatio on mahdollisimman pieni ja sattumanvaraista Standardi kannattaa havaita samassa kohtaa kuin itse kohdekin 22

9.5 Nollapolarisaation standardit 23

9.5 Korkean polarisaation standardit Lineaaripolarisoituneita tähtiä, joiden positiokulma tunnetaan taivaan koordinaattien suhteen. Tarvitaan instrumenttipolarisaatiokulman muuttamiseksi johonkin haluttuun koordinaattijärjestelmään (positiokulman nollakohdan määrittämiseksi) Täytyy havaita vähintään kahta, joiden polarisaatiokulmat eroavat riittävästi 24

9.5 Korkean polarisaation standardit 25

9.6 Lineaaripolarimetria Mittaus esim. puoliaaltolevyllä Polarisaatioasteen ja -kulman määritys (esim.), mitataan intensiteetti kulmilla 0, 45, 90 ja 135: P x = I I 0 I90 I I Py = 45 135 0 + I90 I45+ I135 P = 2 P + P x y Polarisaatioasteen virhe: (%-yksiköissä kokonaisintensiteetistä) 2 Θ = 1 2 arctan E 100 = p S / N 2 P P y x 26

9.7 Ympyräpolarimetria Käytetään puoliaaltolevyn sijasta neljäsosaaaltolevyä muutetaan lineaaripolarisaatioksi Mitataan aaltolevyn kulmilla 0, 90, 45 ja 135 Mahdollisesta kohteesta tulevasta lineaaripolarisaatiosta voi päästä eroon pyörittämällä mittauksen aikana neljäsosaaaltolevyn eteen sijoitettua puoliaaltolevyä Ympyräpolarisaation mittauksiin ei ole saatavilla hyviä standardeja 27