1 Polarización de la luz
La luz tiene tres propiedades básicas: longitud de onda, intensidad y polarización. La longitud de onda de la luz es fácil de entender, tomando como ejemplo la luz visible común, el rango de longitud de onda es 380 ~ 780 nm. La intensidad de la luz también es fácil de entender, y si un haz de luz es fuerte o débil se puede caracterizar por el tamaño de la potencia. Por el contrario, la característica de polarización de la luz es la descripción de la dirección de vibración del vector del campo eléctrico de la luz, que no se puede ver ni tocar, por lo que generalmente no es fácil de entender; sin embargo, en realidad, la característica de polarización de la luz. También es muy importante y tiene una amplia gama de aplicaciones en la vida, como la pantalla de cristal líquido que vemos todos los días, la tecnología de polarización se utiliza para lograr la visualización en color y el ajuste del contraste. Al ver películas en 3D en el cine, las gafas 3D también se aplican a la polarización de la luz. Para quienes se dedican al trabajo óptico, una comprensión completa de la polarización y su aplicación en sistemas ópticos prácticos será de gran ayuda para promover el éxito de productos y proyectos. Por lo tanto, desde el comienzo de este artículo, utilizaremos una descripción simple para presentar la polarización de la luz, para que todos tengan una comprensión profunda de la polarización y un mejor uso en el trabajo.
2 Conocimientos básicos de polarización.
Debido a que hay muchos conceptos involucrados, los dividiremos en varios resúmenes para presentarlos paso a paso.
2.1 Concepto de polarización
Sabemos que la luz es un tipo de onda electromagnética, como se muestra en la siguiente figura, la onda electromagnética consta de un campo eléctrico E y un campo magnético B, que son perpendiculares entre sí. Las dos ondas oscilan en sus respectivas direcciones y se propagan horizontalmente a lo largo de la dirección de propagación Z.
Debido a que el campo eléctrico y el campo magnético son perpendiculares entre sí, la fase es la misma y la dirección de propagación es la misma, por lo que la polarización de la luz se describe analizando la vibración del campo eléctrico en la práctica.
Como se muestra en la figura siguiente, el vector del campo eléctrico E se puede descomponer en el vector Ex y el vector Ey, y la llamada polarización es la distribución de la dirección de oscilación de los componentes del campo eléctrico Ex y Ey en el tiempo y el espacio.
2.2 Varios estados de polarización básicos
A. Polarización elíptica
La polarización elíptica es el estado de polarización más básico, en el que dos componentes del campo eléctrico tienen una diferencia de fase constante (uno se propaga más rápido, el otro se propaga más lentamente), y la diferencia de fase no es igual a un múltiplo entero de π/2, y la amplitud puede ser igual o diferente. Si miras a lo largo de la dirección de propagación, la línea de contorno de la trayectoria del punto final del vector del campo eléctrico dibujará una elipse, como se muestra a continuación:
B, polarización lineal
La polarización lineal es una forma especial de polarización elíptica, cuando los dos componentes del campo eléctrico no tienen diferencia de fase, el vector del campo eléctrico oscila en el mismo plano, si se ve a lo largo de la dirección de propagación, el contorno de la trayectoria del punto final del vector del campo eléctrico es una línea recta. . Si los dos componentes tienen la misma amplitud, esta es la polarización lineal de 45 grados que se muestra en la siguiente figura.
C, polarización circular
La polarización circular también es una forma especial de polarización elíptica, cuando los dos componentes del campo eléctrico tienen una diferencia de fase de 90 grados y la misma amplitud, a lo largo de la dirección de propagación, la trayectoria del punto final del vector del campo eléctrico es un círculo, como se muestra en la siguiente figura:
2.3 Clasificación de polarización de la fuente de luz.
La luz emitida directamente por una fuente de luz ordinaria es un conjunto irregular de innumerables luces polarizadas, por lo que no se puede encontrar en qué dirección está sesgada la intensidad de la luz cuando se observa directamente. Este tipo de intensidad de onda de luz que vibra en todas direcciones se llama luz natural, tiene un cambio aleatorio de estado de polarización y diferencia de fase, incluidas todas las direcciones de vibración posibles perpendiculares a la dirección de propagación de la onda de luz, no muestra polarización, pertenece al Luz no polarizada. La luz natural común incluye la luz solar, la luz de las bombillas domésticas, etc.
La luz totalmente polarizada tiene una dirección de oscilación de onda electromagnética estable y los dos componentes del campo eléctrico tienen una diferencia de fase constante, que incluye la luz polarizada lineal mencionada anteriormente, la luz polarizada elípticamente y la luz polarizada circular.
La luz parcialmente polarizada tiene dos componentes de luz natural y luz polarizada, como el rayo láser que usamos a menudo, que no es luz completamente polarizada ni luz no polarizada, entonces pertenece a la luz parcialmente polarizada. Para cuantificar la proporción de luz polarizada en la intensidad lumínica total, se introduce el concepto de Grado de Polarización (DOP), que es la relación entre la intensidad de la luz polarizada y la intensidad lumínica total, variando de 0 a 1,0 para no polarizada. luz, 1 para luz totalmente polarizada. Además, la polarización lineal (DOLP) es la relación entre la intensidad de la luz polarizada linealmente y la intensidad de la luz total, mientras que la polarización circular (DOCP) es la relación entre la intensidad de la luz polarizada circularmente y la intensidad de la luz total. En la vida, las luces LED comunes emiten luz parcialmente polarizada.
2.4 Conversión entre estados de polarización
Muchos elementos ópticos tienen un efecto sobre la polarización del haz, que a veces es esperado por el usuario y otras veces no. Por ejemplo, si un haz de luz se refleja, su polarización normalmente cambiará; en el caso de la luz natural, reflejada a través de la superficie del agua, se convertirá en luz parcialmente polarizada.
Mientras el haz no se refleje ni atraviese ningún medio polarizador, su estado de polarización permanece estable. Si desea cambiar cuantitativamente el estado de polarización del haz, puede utilizar el elemento óptico de polarización para hacerlo. Por ejemplo, una placa de cuarto de onda es un elemento de polarización común, que está hecho de material cristalino birrefringente, dividido en direcciones de eje rápido y eje lento, y puede retrasar la fase de π/2 (90°) del vector de campo eléctrico paralelo. al eje lento, mientras que el vector de campo eléctrico paralelo al eje rápido no tiene retraso, de modo que cuando la luz polarizada linealmente incide sobre la placa de cuarto de onda con un ángulo de polarización de 45 grados, el haz de luz a través de la placa de ondas se vuelve luz polarizada circularmente, como se muestra en el siguiente diagrama. Primero, la luz natural se transforma en luz polarizada linealmente con el polarizador lineal, y luego la luz polarizada linealmente pasa a través de 1/4 de longitud de onda y se convierte en luz polarizada circularmente, y la intensidad de la luz no cambia.
De manera similar, cuando el haz viaja en la dirección opuesta y la luz polarizada circularmente incide en la placa de 1/4 en un ángulo de polarización de 45 grados, el haz que pasa se convierte en luz polarizada linealmente.
La luz linealmente polarizada se puede convertir en luz no polarizada utilizando la esfera integradora mencionada en el artículo anterior. Después de que la luz linealmente polarizada ingresa a la esfera integradora, se refleja varias veces en la esfera y la vibración del campo eléctrico se interrumpe, de modo que el extremo de salida de la esfera integradora puede recibir luz no polarizada.
Luz 2,5 P, luz S y ángulo Brewster
Tanto la luz P como la luz S están polarizadas linealmente, polarizadas en direcciones perpendiculares entre sí, y son útiles al considerar la reflexión y refracción del haz. Como se muestra en la figura siguiente, un haz de luz brilla sobre el plano incidente, formando reflexión y refracción, y el plano formado por el haz incidente y la normal se define como el plano incidente. La luz P (primera letra de Parallel, que significa paralelo) es luz cuya dirección de polarización es paralela al plano de incidencia, y la luz S (primera letra de Senkrecht, que significa vertical) es luz cuya dirección de polarización es perpendicular al plano de incidencia.
En circunstancias normales, cuando la luz natural se refleja y refracta en la interfaz dieléctrica, la luz reflejada y la luz refractada son luz parcialmente polarizada, solo cuando el ángulo de incidencia es un ángulo específico, el estado de polarización de la luz reflejada es completamente perpendicular al incidente. Polarización del plano S, el estado de polarización de la luz refractada es casi paralelo a la polarización del plano incidente P, en este momento el ángulo de incidencia específico se llama ángulo de Brewster. Cuando la luz incide en el ángulo de Brewster, la luz reflejada y la luz refractada son perpendiculares entre sí. Utilizando esta propiedad, se puede producir luz linealmente polarizada.
3 Conclusión
En este artículo, presentamos los conocimientos básicos de la polarización óptica, la luz es una onda electromagnética, con efecto ondulatorio, la polarización es la vibración del vector del campo eléctrico en la onda de luz. Hemos introducido tres estados de polarización básicos, polarización elíptica, polarización lineal y polarización circular, que se utilizan a menudo en el trabajo diario. Según el diferente grado de polarización, la fuente de luz se puede dividir en luz no polarizada, luz parcialmente polarizada y luz totalmente polarizada, que deben distinguirse y discriminarse en la práctica. En respuesta a lo anterior varios.
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Hora de publicación: 27 de mayo de 2024
