1 Polarisation de la lumière
La lumière possède trois propriétés fondamentales, à savoir la longueur d’onde, l’intensité et la polarisation. La longueur d'onde de la lumière est facile à comprendre, en prenant comme exemple la lumière visible commune, la plage de longueurs d'onde est de 380 à 780 nm. L’intensité de la lumière est également facile à comprendre, et le fait qu’un faisceau lumineux soit fort ou faible peut être caractérisé par la taille de sa puissance. En revanche, la caractéristique de polarisation de la lumière est la description de la direction de vibration du vecteur de champ électrique de la lumière, qui ne peut être vu ni touché, il n'est donc généralement pas facile de comprendre, cependant, en réalité, la caractéristique de polarisation de la lumière. est également très important et a un large éventail d'applications dans la vie, comme l'affichage à cristaux liquides que nous voyons tous les jours, la technologie de polarisation est utilisée pour réaliser l'affichage des couleurs et le réglage du contraste. Lorsque vous regardez des films 3D au cinéma, les lunettes 3D s'appliquent également à la polarisation de la lumière. Pour ceux qui travaillent dans le domaine de l'optique, une compréhension complète de la polarisation et de son application dans des systèmes optiques pratiques sera très utile pour promouvoir le succès des produits et des projets. Par conséquent, dès le début de cet article, nous utiliserons une description simple pour présenter la polarisation de la lumière, afin que chacun ait une compréhension approfondie de la polarisation et une meilleure utilisation dans le travail.
2 Connaissances de base de la polarisation
Parce que de nombreux concepts sont impliqués, nous les diviserons en plusieurs résumés pour les présenter étape par étape.
2.1 Notion de polarisation
Nous savons que la lumière est une sorte d’onde électromagnétique, comme le montre la figure suivante. L’onde électromagnétique est constituée d’un champ électrique E et d’un champ magnétique B, qui sont perpendiculaires l’un à l’autre. Les deux ondes oscillent dans leurs directions respectives et se propagent horizontalement selon la direction de propagation Z.
Parce que le champ électrique et le champ magnétique sont perpendiculaires l'un à l'autre, la phase est la même et la direction de propagation est la même, donc la polarisation de la lumière est décrite en analysant la vibration du champ électrique dans la pratique.
Comme le montre la figure ci-dessous, le vecteur de champ électrique E peut être décomposé en vecteur Ex et Ey, et ce qu'on appelle la polarisation est la distribution de la direction d'oscillation des composantes du champ électrique Ex et Ey dans le temps et dans l'espace.
2.2 Plusieurs états de polarisation de base
A. Polarisation elliptique
La polarisation elliptique est l'état de polarisation le plus élémentaire, dans lequel deux composantes du champ électrique ont une différence de phase constante (l'une se propage plus rapidement, l'autre se propage plus lentement), et la différence de phase n'est pas égale à un multiple entier de π/2, et l'amplitude peut être identique ou différent. Si vous regardez dans la direction de propagation, la ligne de contour de la trajectoire du point final du vecteur champ électrique dessinera une ellipse, comme indiqué ci-dessous :
B, polarisation linéaire
La polarisation linéaire est une forme spéciale de polarisation elliptique, lorsque les deux composantes du champ électrique ne sont pas déphasées, le vecteur du champ électrique oscille dans le même plan, s'il est vu dans la direction de propagation, le contour de la trajectoire du point final du vecteur du champ électrique est une ligne droite. . Si les deux composantes ont la même amplitude, il s'agit de la polarisation linéaire de 45 degrés illustrée dans la figure ci-dessous.
C, polarisation circulaire
La polarisation circulaire est également une forme spéciale de polarisation elliptique, lorsque les deux composantes du champ électrique ont une différence de phase de 90 degrés et la même amplitude, le long de la direction de propagation, la trajectoire du point final du vecteur de champ électrique est un cercle, comme le montre le figure suivante :
2.3 Classification de polarisation de la source lumineuse
La lumière émise directement par la source de lumière ordinaire est un ensemble irrégulier d’innombrables lumières polarisées, de sorte qu’il est impossible de déterminer dans quelle direction l’intensité lumineuse est biaisée lorsqu’elle est directement observée. Ce type d'intensité d'onde lumineuse qui vibre dans toutes les directions est appelé lumière naturelle, il présente un changement aléatoire d'état de polarisation et de différence de phase, y compris toutes les directions de vibration possibles perpendiculaires à la direction de propagation des ondes lumineuses, ne montre pas de polarisation, appartient au lumière non polarisée. La lumière naturelle courante comprend la lumière du soleil, la lumière des ampoules domestiques, etc.
La lumière entièrement polarisée a une direction d'oscillation d'onde électromagnétique stable et les deux composantes du champ électrique ont une différence de phase constante, qui comprend la lumière polarisée linéaire mentionnée ci-dessus, la lumière polarisée elliptiquement et la lumière polarisée circulaire.
La lumière partiellement polarisée a deux composantes : la lumière naturelle et la lumière polarisée, comme le faisceau laser que nous utilisons souvent, qui n'est ni une lumière entièrement polarisée ni une lumière non polarisée, elle appartient donc à la lumière partiellement polarisée. Afin de quantifier la proportion de lumière polarisée dans l'intensité lumineuse totale, le concept de degré de polarisation (DOP) est introduit, qui est le rapport de l'intensité lumineuse polarisée à l'intensité lumineuse totale, allant de 0 à 1,0 pour les lampes non polarisées. lumière, 1 pour une lumière entièrement polarisée. De plus, la polarisation linéaire (DOLP) est le rapport entre l'intensité lumineuse polarisée linéairement et l'intensité lumineuse totale, tandis que la polarisation circulaire (DOCP) est le rapport entre l'intensité lumineuse polarisée circulairement et l'intensité lumineuse totale. Dans la vie, les lumières LED courantes émettent une lumière partiellement polarisée.
2.4 Conversion entre états de polarisation
De nombreux éléments optiques ont un effet sur la polarisation du faisceau, ce qui est parfois attendu par l'utilisateur et parfois inattendu. Par exemple, si un faisceau de lumière est réfléchi, sa polarisation changera généralement, dans le cas de la lumière naturelle réfléchie à travers la surface de l’eau, elle deviendra une lumière partiellement polarisée.
Tant que le faisceau n'est pas réfléchi ou ne traverse aucun milieu polarisant, son état de polarisation reste stable. Si vous souhaitez modifier quantitativement l'état de polarisation du faisceau, vous pouvez utiliser l'élément optique de polarisation pour le faire. Par exemple, une plaque quart d'onde est un élément de polarisation commun, constitué d'un matériau cristallin biréfringent, divisé en directions d'axe rapide et d'axe lent, et peut retarder la phase de π/2 (90°) du vecteur de champ électrique parallèle. à l'axe lent, tandis que le vecteur de champ électrique parallèle à l'axe rapide n'a aucun retard, de sorte que lorsque la lumière polarisée linéairement arrive sur la plaque quart d'onde à un angle de polarisation de 45 degrés, le faisceau de lumière à travers la plaque d'onde devient lumière polarisée circulairement, comme le montre le diagramme ci-dessous. Tout d'abord, la lumière naturelle est transformée en lumière polarisée linéairement avec le polariseur linéaire, puis la lumière polarisée linéairement passe par 1/4 de longueur d'onde et devient une lumière polarisée circulairement, et l'intensité lumineuse reste inchangée.
De même, lorsque le faisceau se déplace dans la direction opposée et que la lumière polarisée circulairement frappe la plaque 1/4 à un angle de polarisation de 45 degrés, le faisceau de croisement devient une lumière polarisée linéairement.
La lumière polarisée linéairement peut être transformée en lumière non polarisée en utilisant la sphère d'intégration mentionnée dans l'article précédent. Une fois que la lumière polarisée linéairement entre dans la sphère d'intégration, elle est réfléchie plusieurs fois dans la sphère et la vibration du champ électrique est perturbée, de sorte que l'extrémité de sortie de la sphère d'intégration puisse recevoir une lumière non polarisée.
Lumière 2,5 P, lumière S et angle Brewster
La lumière P et la lumière S sont polarisées linéairement, polarisées dans des directions perpendiculaires l'une par rapport à l'autre, et elles sont utiles pour considérer la réflexion et la réfraction du faisceau. Comme le montre la figure ci-dessous, un faisceau de lumière brille sur le plan incident, formant réflexion et réfraction, et le plan formé par le faisceau incident et la normale est défini comme plan incident. La lumière P (première lettre de Parallel, signifiant parallèle) est une lumière dont la direction de polarisation est parallèle au plan d'incidence, et la lumière S (première lettre de Senkrecht, signifiant vertical) est une lumière dont la direction de polarisation est perpendiculaire au plan d'incidence.
Dans des circonstances normales, lorsque la lumière naturelle est réfléchie et réfractée sur l'interface diélectrique, la lumière réfléchie et la lumière réfractée sont une lumière partiellement polarisée, seulement lorsque l'angle d'incidence est un angle spécifique, l'état de polarisation de la lumière réfléchie est complètement perpendiculaire à l'incident. Polarisation du plan S, l'état de polarisation de la lumière réfractée est presque parallèle à la polarisation du plan incident P, à ce moment l'angle d'incidence spécifique est appelé angle de Brewster. Lorsque la lumière arrive à l’angle Brewster, la lumière réfléchie et la lumière réfractée sont perpendiculaires l’une à l’autre. Grâce à cette propriété, une lumière polarisée linéairement peut être produite.
3 Conclusion
Dans cet article, nous introduisons les connaissances de base de la polarisation optique, la lumière est une onde électromagnétique, avec effet d'onde, la polarisation est la vibration du vecteur champ électrique dans l'onde lumineuse. Nous avons introduit trois états de polarisation de base, la polarisation elliptique, la polarisation linéaire et la polarisation circulaire, qui sont souvent utilisés dans le travail quotidien. Selon les différents degrés de polarisation, la source lumineuse peut être divisée en lumière non polarisée, lumière partiellement polarisée et lumière entièrement polarisée, qui doivent être distinguées et discriminées dans la pratique. En réponse à ce qui précède, plusieurs.
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Heure de publication : 27 mai 2024
