المعرفة الأساسية للاستقطاب البصري

1 استقطاب الضوء

للضوء ثلاث خصائص أساسية، وهي الطول الموجي والكثافة والاستقطاب. من السهل فهم الطول الموجي للضوء، مع أخذ الضوء المرئي الشائع كمثال، نطاق الطول الموجي هو 380 ~ 780 نانومتر. من السهل أيضًا فهم شدة الضوء، ويمكن تحديد ما إذا كان شعاع الضوء قويًا أم ضعيفًا من خلال حجم الطاقة. في المقابل، فإن خاصية الاستقطاب للضوء هي وصف لاتجاه اهتزاز ناقل المجال الكهربائي للضوء، الذي لا يمكن رؤيته ولمسه، لذلك عادة ليس من السهل فهمه، ولكن في الواقع، خاصية الاستقطاب للضوء كما أنها مهمة جدًا، ولها مجموعة واسعة من التطبيقات في الحياة، مثل شاشة الكريستال السائل التي نراها كل يوم، ويتم استخدام تقنية الاستقطاب لتحقيق عرض الألوان وتعديل التباين. عند مشاهدة الأفلام ثلاثية الأبعاد في السينما، يتم تطبيق النظارات ثلاثية الأبعاد أيضًا على استقطاب الضوء. بالنسبة لأولئك المشاركين في العمل البصري، سيكون الفهم الكامل للاستقطاب وتطبيقه في الأنظمة البصرية العملية مفيدًا جدًا في تعزيز نجاح المنتجات والمشاريع. لذلك، من بداية هذا المقال، سنستخدم وصفًا بسيطًا للتعريف باستقطاب الضوء، حتى يكون لدى الجميع فهم عميق للاستقطاب، واستخدام أفضل في العمل.

2 المعرفة الأساسية للاستقطاب

ونظرًا لوجود العديد من المفاهيم المتضمنة، فسوف نقوم بتقسيمها إلى عدة ملخصات للتعريف بها خطوة بخطوة.

2.1 مفهوم الاستقطاب

نحن نعلم أن الضوء هو نوع من الموجات الكهرومغناطيسية، كما هو موضح في الشكل التالي، تتكون الموجة الكهرومغناطيسية من المجال الكهربائي E والمجال المغناطيسي B، وهما متعامدان مع بعضهما البعض. تتأرجح الموجتان في اتجاهيهما وتنتشران أفقيًا على طول اتجاه الانتشار Z.

نظرًا لأن المجال الكهربائي والمجال المغناطيسي متعامدان مع بعضهما البعض، فإن الطور هو نفسه، واتجاه الانتشار هو نفسه، لذلك يتم وصف استقطاب الضوء من خلال تحليل اهتزاز المجال الكهربائي عمليًا.

كما هو موضح في الشكل أدناه، يمكن أن يتحلل متجه المجال الكهربائي E إلى متجه Ex وناقل Ey، وما يسمى بالاستقطاب هو توزيع اتجاه التذبذب لمكونات المجال الكهربائي Ex وEy عبر الزمان والمكان.

2.2 العديد من حالات الاستقطاب الأساسية

أ. الاستقطاب الإهليلجي

الاستقطاب الإهليلجي هو حالة الاستقطاب الأساسية، حيث يكون لعنصري المجال الكهربائي فرق طور ثابت (أحدهما ينتشر بشكل أسرع، والآخر ينتشر بشكل أبطأ)، ولا يساوي فرق الطور عددًا صحيحًا مضاعفًا لـ π/2، ويمكن أن تكون السعة تكون هي نفسها أو مختلفة. إذا نظرت على طول اتجاه الانتشار، فإن الخط الكنتوري لمسار نقطة النهاية لمتجه المجال الكهربائي سوف يرسم شكلًا بيضاويًا، كما هو موضح أدناه:

ب، الاستقطاب الخطي

الاستقطاب الخطي هو شكل خاص من الاستقطاب الإهليلجي، عندما لا يكون مكونا المجال الكهربائي مختلفين في الطور، يتأرجح متجه المجال الكهربائي في نفس المستوى، إذا نظرنا إليه على طول اتجاه الانتشار، يكون محيط مسار نقطة نهاية متجه المجال الكهربائي خطًا مستقيمًا . إذا كان المكونان لهما نفس السعة، فهذا هو الاستقطاب الخطي 45 درجة الموضح في الشكل أدناه.

ج، الاستقطاب الدائري

الاستقطاب الدائري هو أيضًا شكل خاص من الاستقطاب الإهليلجي، عندما يكون لعنصري المجال الكهربائي فرق طور قدره 90 درجة ونفس السعة، على طول اتجاه الانتشار، يكون مسار نقطة النهاية لمتجه المجال الكهربائي عبارة عن دائرة، كما هو موضح في الشكل الشكل التالي:

2.3 تصنيف الاستقطاب لمصدر الضوء

الضوء المنبعث مباشرة من مصدر الضوء العادي هو مجموعة غير منتظمة من عدد لا يحصى من الضوء المستقطب، لذلك لا يمكن العثور على الاتجاه الذي تنحرف فيه شدة الضوء عند ملاحظته مباشرة. هذا النوع من شدة موجة الضوء التي تهتز في جميع الاتجاهات يسمى الضوء الطبيعي، وله تغير عشوائي في حالة الاستقطاب وفرق الطور، بما في ذلك جميع اتجاهات الاهتزاز المحتملة المتعامدة مع اتجاه انتشار موجة الضوء، ولا يظهر الاستقطاب، وينتمي إلى ضوء غير مستقطب. يشمل الضوء الطبيعي الشائع ضوء الشمس، والضوء المنبعث من المصابيح المنزلية، وما إلى ذلك.

يحتوي الضوء المستقطب بالكامل على اتجاه تذبذب موجة كهرومغناطيسية ثابت، ومكونا المجال الكهربائي لهما فرق طور ثابت، والذي يتضمن الضوء المستقطب الخطي المذكور أعلاه، والضوء المستقطب بيضاويًا والضوء المستقطب الدائري.

يحتوي الضوء المستقطب جزئيًا على مكونين، الضوء الطبيعي والضوء المستقطب، مثل شعاع الليزر الذي نستخدمه غالبًا، وهو ليس ضوءًا مستقطبًا بالكامل ولا ضوءًا غير مستقطب، فهو ينتمي إلى الضوء المستقطب جزئيًا. من أجل تحديد نسبة الضوء المستقطب في إجمالي شدة الضوء، تم تقديم مفهوم درجة الاستقطاب (DOP)، وهي نسبة شدة الضوء المستقطب إلى إجمالي شدة الضوء، وتتراوح من 0 إلى 1,0 للضوء غير المستقطب. الضوء، 1 للضوء المستقطب بالكامل. بالإضافة إلى ذلك، الاستقطاب الخطي (DOLP) هو نسبة شدة الضوء المستقطبة خطيًا إلى إجمالي شدة الضوء، في حين أن الاستقطاب الدائري (DOCP) هو نسبة شدة الضوء المستقطبة دائريًا إلى إجمالي شدة الضوء. في الحياة، تنبعث مصابيح LED الشائعة ضوءًا مستقطبًا جزئيًا.

2.4 التحويل بين حالات الاستقطاب

العديد من العناصر البصرية لها تأثير على استقطاب الشعاع، وهو ما يتوقعه المستخدم أحيانًا، وأحيانًا لا يتوقعه. على سبيل المثال، إذا انعكس شعاع من الضوء، فعادةً ما يتغير استقطابه، أما في حالة الضوء الطبيعي، المنعكس عبر سطح الماء، فسيصبح ضوءًا مستقطبًا جزئيًا.

وطالما أن الشعاع لا ينعكس أو يمر عبر أي وسط مستقطب، فإن حالة استقطابه تظل مستقرة. إذا كنت تريد تغيير حالة استقطاب الشعاع كميًا، فيمكنك استخدام عنصر الاستقطاب البصري للقيام بذلك. على سبيل المثال، تعد لوحة ربع الموجة عنصر استقطاب شائع، وهي مصنوعة من مادة بلورية ثنائية الانكسار، مقسمة إلى اتجاهات محور سريع ومحور بطيء، ويمكن أن تؤخر مرحلة π/2 (90 درجة) لمتجه المجال الكهربائي الموازي إلى المحور البطيء، في حين أن ناقل المجال الكهربائي الموازي للمحور السريع ليس له أي تأخير، بحيث عندما يسقط الضوء المستقطب خطيًا على لوحة ربع الموجة بزاوية استقطاب قدرها 45 درجة، يصبح شعاع الضوء عبر لوحة الموجة ضوء مستقطب دائريا، كما هو مبين في الرسم البياني أدناه. أولاً، يتم تغيير الضوء الطبيعي إلى ضوء مستقطب خطيًا باستخدام المستقطب الخطي، ثم يمر الضوء المستقطب خطيًا خلال 1/4 طول موجة ويصبح ضوءًا مستقطبًا دائريًا، ولا تتغير شدة الضوء.

وبالمثل، عندما يتحرك الشعاع في الاتجاه المعاكس ويضرب الضوء المستقطب دائريًا اللوحة 1/4 بزاوية استقطاب 45 درجة، يصبح الشعاع المار ضوءًا مستقطبًا خطيًا.

يمكن تحويل الضوء المستقطب خطيًا إلى ضوء غير مستقطب باستخدام المجال التكاملي المذكور في المقالة السابقة. بعد دخول الضوء المستقطب خطيًا إلى المجال التكاملي، ينعكس عدة مرات في المجال، ويتم تعطيل اهتزاز المجال الكهربائي، بحيث يمكن لنهاية خرج المجال التكاملي الحصول على ضوء غير مستقطب.

ضوء 2.5P وضوء S وزاوية بروستر

كل من P-light وS-light مستقطبان خطيًا، ومستقطبان في اتجاهات متعامدة مع بعضهما البعض، وهما مفيدان عند النظر في انعكاس وانكسار الحزمة. كما هو موضح في الشكل أدناه، يضيء شعاع من الضوء على المستوى الساقط، مكونًا الانعكاس والانكسار، ويتم تعريف المستوى الذي يتكون من الشعاع الساقط والعادي على أنه المستوى الحادث. الضوء P (الحرف الأول من Parallel، ويعني الموازي) هو الضوء الذي يكون اتجاه استقطابه موازيًا لمستوى الورود، والضوء S (الحرف الأول من Senkrecht، ويعني عموديًا) هو الضوء الذي يكون اتجاه استقطابه متعامدًا مع مستوى الورود.

في الظروف العادية، عندما ينعكس الضوء الطبيعي وينكسر على الواجهة العازلة، يكون الضوء المنعكس والضوء المنكسر ضوءًا مستقطبًا جزئيًا، فقط عندما تكون زاوية السقوط زاوية محددة، تكون حالة استقطاب الضوء المنعكس متعامدة تمامًا مع الحادث استقطاب المستوى S، تكون حالة استقطاب الضوء المنكسر موازية تقريبًا لاستقطاب المستوى P، وفي هذا الوقت تسمى زاوية الإصابة المحددة بزاوية بروستر. عندما يسقط الضوء عند زاوية بروستر، يكون الضوء المنعكس والضوء المنكسر متعامدين. وباستخدام هذه الخاصية، يمكن إنتاج ضوء مستقطب خطيًا.

3 الاستنتاج

في هذا البحث، نقدم المعرفة الأساسية للاستقطاب البصري، الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية، ذات تأثير موجي، الاستقطاب هو اهتزاز ناقل المجال الكهربائي في موجة الضوء. لقد قدمنا ​​ثلاث حالات استقطاب أساسية، الاستقطاب الإهليلجي، والاستقطاب الخطي، والاستقطاب الدائري، والتي غالبًا ما تستخدم في العمل اليومي. وفقًا لدرجة الاستقطاب المختلفة، يمكن تقسيم مصدر الضوء إلى ضوء غير مستقطب، وضوء مستقطب جزئيًا، وضوء مستقطب بالكامل، والذي يجب تمييزه وتمييزه عمليًا. ردا على ما سبق عدة.

اتصال:

Email:info@pliroptics.com ;

الهاتف/واتساب/ويشات: 86 19013265659

الويب:www.pliroptics.com

إضافة:المبنى 1، رقم 1558، طريق المخابرات، تشينغبايجيانغ، تشنغدو، سيتشوان، الصين