1 Polarisation von Licht
Licht hat drei grundlegende Eigenschaften, nämlich Wellenlänge, Intensität und Polarisation. Die Wellenlänge des Lichts ist leicht zu verstehen. Am Beispiel des gewöhnlichen sichtbaren Lichts liegt der Wellenlängenbereich zwischen 380 und 780 nm. Auch die Intensität des Lichts ist leicht zu verstehen und anhand der Stärke lässt sich charakterisieren, ob ein Lichtstrahl stark oder schwach ist. Im Gegensatz dazu ist die Polarisationseigenschaft von Licht eine Beschreibung der Schwingungsrichtung des elektrischen Feldvektors von Licht, die nicht gesehen und berührt werden kann. Daher ist es normalerweise nicht einfach, die Polarisationseigenschaft von Licht in Wirklichkeit zu verstehen ist ebenfalls sehr wichtig und hat ein breites Anwendungsspektrum im Leben, wie zum Beispiel die Flüssigkristallanzeige, die wir jeden Tag sehen, die Polarisationstechnologie wird verwendet, um Farbanzeige und Kontrastanpassung zu erreichen. Beim Ansehen von 3D-Filmen im Kino kommt es bei der 3D-Brille auch auf die Polarisation des Lichts an. Für diejenigen, die sich mit optischen Arbeiten befassen, wird ein umfassendes Verständnis der Polarisation und ihrer Anwendung in praktischen optischen Systemen sehr hilfreich sein, um den Erfolg von Produkten und Projekten zu fördern. Daher werden wir vom Anfang dieses Artikels an eine einfache Beschreibung verwenden, um die Polarisation von Licht vorzustellen, damit jeder ein tiefes Verständnis der Polarisation hat und sie in der Arbeit besser nutzen kann.
2 Grundkenntnisse der Polarisation
Da es sich um viele Konzepte handelt, werden wir sie in mehrere Zusammenfassungen unterteilen, um sie Schritt für Schritt vorzustellen.
2.1 Konzept der Polarisation
Wir wissen, dass Licht eine Art elektromagnetische Welle ist, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Die elektromagnetische Welle besteht aus einem elektrischen Feld E und einem magnetischen Feld B, die senkrecht zueinander stehen. Die beiden Wellen schwingen in ihre jeweilige Richtung und breiten sich horizontal entlang der Ausbreitungsrichtung Z aus.
Da das elektrische Feld und das magnetische Feld senkrecht zueinander stehen, die Phase und die Ausbreitungsrichtung gleich sind, wird die Polarisation des Lichts in der Praxis durch die Analyse der Schwingung des elektrischen Feldes beschrieben.
Wie in der Abbildung unten gezeigt, kann der elektrische Feldvektor E in Ex-Vektor und Ey-Vektor zerlegt werden, und die sogenannte Polarisation ist die Verteilung der Schwingungsrichtung der elektrischen Feldkomponenten Ex und Ey über Zeit und Raum.
2.2 Mehrere grundlegende Polarisationszustände
A. Elliptische Polarisation
Die elliptische Polarisation ist der grundlegendste Polarisationszustand, in dem zwei elektrische Feldkomponenten eine konstante Phasendifferenz aufweisen (eine breitet sich schneller aus, die andere langsamer) und die Phasendifferenz nicht gleich einem ganzzahligen Vielfachen von π/2 ist und die Amplitude dies kann gleich oder unterschiedlich sein. Wenn Sie entlang der Ausbreitungsrichtung schauen, zeichnet die Konturlinie der Endpunkttrajektorie des elektrischen Feldvektors eine Ellipse, wie unten gezeigt:
B, lineare Polarisation
Die lineare Polarisation ist eine Sonderform der elliptischen Polarisation. Wenn die beiden elektrischen Feldkomponenten keine Phasendifferenz aufweisen, schwingt der elektrische Feldvektor in derselben Ebene. Wenn er entlang der Ausbreitungsrichtung betrachtet wird, ist die Endpunkt-Trajektorienkontur des elektrischen Feldvektors eine gerade Linie . Wenn die beiden Komponenten die gleiche Amplitude haben, ist dies die in der Abbildung unten dargestellte lineare Polarisation von 45 Grad.
C, zirkulare Polarisation
Zirkularpolarisation ist auch eine Sonderform der elliptischen Polarisation, bei der die beiden elektrischen Feldkomponenten eine Phasendifferenz von 90 Grad und die gleiche Amplitude aufweisen. Entlang der Ausbreitungsrichtung ist die Endpunkttrajektorie des elektrischen Feldvektors ein Kreis, wie in der Abbildung gezeigt folgende Abbildung:
2.3 Polarisationsklassifizierung der Lichtquelle
Das direkt von der gewöhnlichen Lichtquelle emittierte Licht ist ein unregelmäßiger Satz unzähliger polarisierter Lichter, sodass bei direkter Beobachtung nicht festgestellt werden kann, in welche Richtung die Lichtintensität tendiert. Diese Art von Lichtwellenintensität, die in alle Richtungen schwingt, wird als natürliches Licht bezeichnet. Sie weist eine zufällige Änderung des Polarisationszustands und der Phasendifferenz auf, einschließlich aller möglichen Schwingungsrichtungen senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Lichtwelle. Sie zeigt keine Polarisation und gehört dazu nicht polarisiertes Licht. Zu den üblichen natürlichen Lichtquellen gehören Sonnenlicht, Licht von Haushaltsglühbirnen usw.
Vollständig polarisiertes Licht hat eine stabile Schwingungsrichtung der elektromagnetischen Welle, und die beiden Komponenten des elektrischen Feldes weisen eine konstante Phasendifferenz auf, zu der das oben erwähnte linear polarisierte Licht, elliptisch polarisierte Licht und zirkular polarisiertes Licht gehören.
Teilweise polarisiertes Licht besteht aus zwei Komponenten: natürlichem Licht und polarisiertem Licht, wie z. B. dem von uns häufig verwendeten Laserstrahl, der weder vollständig polarisiertes Licht noch nicht polarisiertes Licht ist, dann gehört es zu teilweise polarisiertem Licht. Um den Anteil des polarisierten Lichts an der Gesamtlichtintensität zu quantifizieren, wird das Konzept des Polarisationsgrads (DOP) eingeführt. Dabei handelt es sich um das Verhältnis der Intensität des polarisierten Lichts zur Gesamtlichtintensität, das für unpolarisiertes Licht zwischen 0 und 1,0 liegt Licht, 1 für vollständig polarisiertes Licht. Darüber hinaus ist die lineare Polarisation (DOLP) das Verhältnis der Intensität des linear polarisierten Lichts zur Gesamtlichtintensität, während die Zirkularpolarisation (DOCP) das Verhältnis der Intensität des zirkular polarisierten Lichts zur Gesamtlichtintensität ist. Im Alltag strahlen gängige LED-Leuchten teilweise polarisiertes Licht aus.
2.4 Umwandlung zwischen Polarisationszuständen
Viele optische Elemente haben einen Einfluss auf die Polarisation des Strahls, der vom Benutzer manchmal erwartet und manchmal nicht erwartet wird. Wenn beispielsweise ein Lichtstrahl reflektiert wird, ändert sich normalerweise seine Polarisation. Bei natürlichem Licht, das durch die Wasseroberfläche reflektiert wird, wird es zu teilweise polarisiertem Licht.
Solange der Strahl nicht reflektiert wird oder ein polarisierendes Medium durchquert, bleibt sein Polarisationszustand stabil. Wenn Sie den Polarisationszustand des Strahls quantitativ ändern möchten, können Sie dazu das optische Polarisationselement verwenden. Beispielsweise ist eine Viertelwellenplatte ein übliches Polarisationselement, das aus doppelbrechendem Kristallmaterial besteht, in Richtungen der schnellen und langsamen Achse unterteilt ist und die Phase des elektrischen Feldvektors um π/2 (90°) parallel verzögern kann zur langsamen Achse, während der elektrische Feldvektor parallel zur schnellen Achse keine Verzögerung aufweist, so dass, wenn linear polarisiertes Licht in einem Polarisationswinkel von 45 Grad auf die Viertelwellenplatte einfällt, der Lichtstrahl durch die Wellenplatte wird zirkular polarisiertes Licht, wie im Diagramm unten gezeigt. Zuerst wird das natürliche Licht mit dem linearen Polarisator in linear polarisiertes Licht umgewandelt, und dann durchläuft das linear polarisierte Licht ein Viertel der Wellenlänge und wird zu zirkular polarisiertem Licht, und die Lichtintensität bleibt unverändert.
Wenn sich der Strahl in die entgegengesetzte Richtung bewegt und das zirkular polarisierte Licht in einem Polarisationswinkel von 45 Grad auf die 1/4-Platte trifft, wird der passierende Strahl zu linear polarisiertem Licht.
Linear polarisiertes Licht kann mithilfe der im vorherigen Artikel erwähnten Ulbrichtkugel in unpolarisiertes Licht umgewandelt werden. Nachdem das linear polarisierte Licht in die Ulbrichtkugel eintritt, wird es in der Kugel mehrmals reflektiert und die Schwingung des elektrischen Feldes wird unterbrochen, sodass das Ausgangsende der Ulbrichtkugel unpolarisiertes Licht erhalten kann.
2,5 P-Licht, S-Licht und Brewster-Winkel
Sowohl P-Licht als auch S-Licht sind linear polarisiert, polarisiert in senkrechten Richtungen zueinander, und sie sind nützlich, wenn man die Reflexion und Brechung des Strahls berücksichtigt. Wie in der Abbildung unten gezeigt, scheint ein Lichtstrahl auf die Einfallsebene und erzeugt Reflexion und Brechung. Die durch den einfallenden Strahl und die Normale gebildete Ebene wird als Einfallsebene definiert. P-Licht (erster Buchstabe von Parallel, was parallel bedeutet) ist Licht, dessen Polarisationsrichtung parallel zur Einfallsebene verläuft, und S-Licht (erster Buchstabe von Senkrecht, was vertikal bedeutet) ist Licht, dessen Polarisationsrichtung senkrecht zur Einfallsebene verläuft.
Wenn unter normalen Umständen natürliches Licht an der dielektrischen Grenzfläche reflektiert und gebrochen wird, sind das reflektierte Licht und das gebrochene Licht teilweise polarisiertes Licht. Nur wenn der Einfallswinkel ein bestimmter Winkel ist, ist der Polarisationszustand des reflektierten Lichts vollständig senkrecht zum einfallenden Licht Polarisationsebene S, der Polarisationszustand des gebrochenen Lichts ist nahezu parallel zur Polarisationsebene P der einfallenden Ebene. Zu diesem Zeitpunkt wird der spezifische Einfallswinkel als Brewster-Winkel bezeichnet. Wenn Licht im Brewster-Winkel einfällt, stehen das reflektierte Licht und das gebrochene Licht senkrecht zueinander. Mithilfe dieser Eigenschaft lässt sich linear polarisiertes Licht erzeugen.
3 Fazit
In diesem Artikel stellen wir das Grundwissen der optischen Polarisation vor. Licht ist eine elektromagnetische Welle mit Welleneffekt. Polarisation ist die Schwingung des elektrischen Feldvektors in der Lichtwelle. Wir haben drei grundlegende Polarisationszustände eingeführt: elliptische Polarisation, lineare Polarisation und zirkulare Polarisation, die häufig in der täglichen Arbeit verwendet werden. Entsprechend dem unterschiedlichen Polarisationsgrad kann die Lichtquelle in nicht polarisiertes Licht, teilweise polarisiertes Licht und vollständig polarisiertes Licht unterteilt werden, was in der Praxis unterschieden und unterschieden werden muss. Als Antwort auf die oben genannten mehrere.
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Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. Mai 2024
