1 Polarizzazione della luce
La luce ha tre proprietà fondamentali: lunghezza d'onda, intensità e polarizzazione. La lunghezza d'onda della luce è facile da capire, prendendo come esempio la comune luce visibile, l'intervallo di lunghezze d'onda è 380~780 nm. Anche l'intensità della luce è facile da capire e se un raggio di luce è forte o debole può essere caratterizzato dall'entità della potenza. Al contrario, la caratteristica di polarizzazione della luce è la descrizione della direzione di vibrazione del vettore del campo elettrico della luce, che non può essere visto e toccato, quindi di solito non è facile da capire, tuttavia, in realtà, la caratteristica di polarizzazione della luce è anche molto importante e ha una vasta gamma di applicazioni nella vita, come il display a cristalli liquidi che vediamo ogni giorno, la tecnologia di polarizzazione viene utilizzata per ottenere la visualizzazione dei colori e la regolazione del contrasto. Quando si guardano film in 3D al cinema, gli occhiali 3D vengono applicati anche alla polarizzazione della luce. Per coloro che sono impegnati nel lavoro ottico, una piena comprensione della polarizzazione e della sua applicazione nei sistemi ottici pratici sarà molto utile per promuovere il successo di prodotti e progetti. Pertanto, dall'inizio di questo articolo, utilizzeremo una semplice descrizione per introdurre la polarizzazione della luce, in modo che tutti abbiano una profonda comprensione della polarizzazione e un migliore utilizzo nel lavoro.
2 Conoscenze di base sulla polarizzazione
Poiché i concetti coinvolti sono molti, li divideremo in diversi riassunti per introdurli passo dopo passo.
2.1 Concetto di polarizzazione
Sappiamo che la luce è un tipo di onda elettromagnetica, come mostrato nella figura seguente, l'onda elettromagnetica è costituita dal campo elettrico E e dal campo magnetico B, che sono perpendicolari tra loro. Le due onde oscillano nelle rispettive direzioni e si propagano orizzontalmente lungo la direzione di propagazione Z.
Poiché il campo elettrico e il campo magnetico sono perpendicolari tra loro, la fase è la stessa e la direzione di propagazione è la stessa, quindi la polarizzazione della luce viene descritta analizzando nella pratica la vibrazione del campo elettrico.
Come mostrato nella figura seguente, il vettore del campo elettrico E può essere scomposto nel vettore Ex e nel vettore Ey, e la cosiddetta polarizzazione è la distribuzione della direzione di oscillazione dei componenti del campo elettrico Ex ed Ey nel tempo e nello spazio.
2.2 Diversi stati di polarizzazione di base
A. Polarizzazione ellittica
La polarizzazione ellittica è lo stato di polarizzazione più elementare, in cui due componenti del campo elettrico hanno una differenza di fase costante (una che si propaga più velocemente, l'altra che si propaga più lentamente) e la differenza di fase non è uguale a un multiplo intero di π/2 e l'ampiezza può essere uguali o diversi. Se guardi lungo la direzione di propagazione, la linea di contorno della traiettoria finale del vettore campo elettrico disegnerà un'ellisse, come mostrato di seguito:
B, polarizzazione lineare
La polarizzazione lineare è una forma speciale di polarizzazione ellittica, quando le due componenti del campo elettrico non sono differenze di fase, il vettore del campo elettrico oscilla sullo stesso piano, se visto lungo la direzione di propagazione, il contorno della traiettoria del punto finale del vettore del campo elettrico è una linea retta . Se le due componenti hanno la stessa ampiezza, questa è la polarizzazione lineare di 45 gradi mostrata nella figura seguente.
C, polarizzazione circolare
La polarizzazione circolare è anche una forma speciale di polarizzazione ellittica, quando le due componenti del campo elettrico hanno una differenza di fase di 90 gradi e la stessa ampiezza, lungo la direzione di propagazione, la traiettoria finale del vettore del campo elettrico è un cerchio, come mostrato nella figura figura seguente:
2.3 Classificazione della polarizzazione della sorgente luminosa
La luce emessa direttamente dalla sorgente luminosa ordinaria è un insieme irregolare di innumerevoli luci polarizzate, quindi non è possibile trovare in quale direzione l'intensità della luce viene distorta quando osservata direttamente. Questo tipo di intensità dell'onda luminosa che vibra in tutte le direzioni è chiamata luce naturale, presenta un cambiamento casuale dello stato di polarizzazione e della differenza di fase, comprese tutte le possibili direzioni di vibrazione perpendicolari alla direzione di propagazione dell'onda luminosa, non mostra polarizzazione, appartiene alla luce non polarizzata. La luce naturale comune include la luce solare, la luce proveniente dalle lampadine domestiche e così via.
La luce completamente polarizzata ha una direzione di oscillazione dell'onda elettromagnetica stabile e i due componenti del campo elettrico hanno una differenza di fase costante, che include la luce polarizzata lineare sopra menzionata, la luce polarizzata ellitticamente e la luce polarizzata circolare.
La luce parzialmente polarizzata ha due componenti di luce naturale e luce polarizzata, come il raggio laser che usiamo spesso, che non è né luce completamente polarizzata né luce non polarizzata, quindi appartiene alla luce parzialmente polarizzata. Per quantificare la proporzione della luce polarizzata sull'intensità luminosa totale, viene introdotto il concetto di Grado di Polarizzazione (DOP), che è il rapporto tra l'intensità della luce polarizzata e l'intensità della luce totale, compreso tra 0 e 1,0 per la luce non polarizzata. luce, 1 per luce completamente polarizzata. Inoltre, la polarizzazione lineare (DOLP) è il rapporto tra l'intensità della luce polarizzata linearmente e l'intensità della luce totale, mentre la polarizzazione circolare (DOCP) è il rapporto tra l'intensità della luce polarizzata circolarmente e l'intensità della luce totale. Nella vita, le comuni luci a LED emettono luce parzialmente polarizzata.
2.4 Conversione tra stati di polarizzazione
Molti elementi ottici influiscono sulla polarizzazione del raggio, cosa che a volte l'utente si aspetta, a volte inaspettata. Ad esempio, se un raggio di luce viene riflesso, la sua polarizzazione solitamente cambierà, nel caso della luce naturale, riflessa attraverso la superficie dell'acqua, diventerà luce parzialmente polarizzata.
Finché il raggio non viene riflesso o passa attraverso un mezzo polarizzante, il suo stato di polarizzazione rimane stabile. Se si desidera modificare quantitativamente lo stato di polarizzazione del raggio, è possibile utilizzare l'elemento ottico di polarizzazione. Ad esempio, una piastra a quarto d'onda è un elemento di polarizzazione comune, costituito da materiale cristallino birifrangente, diviso in direzioni dell'asse veloce e dell'asse lento, e può ritardare la fase di π/2 (90°) del vettore del campo elettrico parallelo all'asse lento, mentre il vettore del campo elettrico parallelo all'asse veloce non ha ritardo, così che quando la luce polarizzata linearmente incide sulla piastra a quarto d'onda con un angolo di polarizzazione di 45 gradi, il raggio di luce attraverso la piastra ondulata diventa luce polarizzata circolarmente, come mostrato nello schema seguente. Innanzitutto, la luce naturale viene trasformata in luce polarizzata linearmente con il polarizzatore lineare, quindi la luce polarizzata linearmente passa attraverso 1/4 di lunghezza d'onda e diventa luce polarizzata circolarmente e l'intensità della luce rimane invariata.
Allo stesso modo, quando il raggio viaggia nella direzione opposta e la luce polarizzata circolarmente colpisce la piastra da 1/4 con un angolo di polarizzazione di 45 gradi, il raggio anabbagliante diventa luce polarizzata linearmente.
La luce polarizzata linearmente può essere trasformata in luce non polarizzata utilizzando la sfera integratrice menzionata nell'articolo precedente. Dopo che la luce polarizzata linearmente entra nella sfera integratrice, viene riflessa più volte nella sfera e la vibrazione del campo elettrico viene interrotta, in modo che l'estremità di uscita della sfera integratrice possa ricevere luce non polarizzata.
Luce 2,5 P, luce S e angolo Brewster
Sia la luce P che la luce S sono polarizzate linearmente, polarizzate in direzioni perpendicolari tra loro e sono utili quando si considera la riflessione e la rifrazione del raggio. Come mostrato nella figura seguente, un raggio di luce brilla sul piano incidente, formando riflessione e rifrazione, e il piano formato dal raggio incidente e dalla normale è definito piano incidente. La luce P (prima lettera di Parallel, che significa parallelo) è la luce la cui direzione di polarizzazione è parallela al piano di incidenza, e la luce S (prima lettera di Senkrecht, che significa verticale) è la luce la cui direzione di polarizzazione è perpendicolare al piano di incidenza.
In circostanze normali, quando la luce naturale viene riflessa e rifratta sull'interfaccia dielettrica, la luce riflessa e la luce rifratta sono luce parzialmente polarizzata, solo quando l'angolo di incidenza è un angolo specifico, lo stato di polarizzazione della luce riflessa è completamente perpendicolare a quella incidente polarizzazione del piano S, lo stato di polarizzazione della luce rifratta è quasi parallelo alla polarizzazione del piano incidente P, in questo momento l'angolo di incidenza specifico è chiamato angolo di Brewster. Quando la luce incidente all'angolo di Brewster, la luce riflessa e la luce rifratta sono perpendicolari tra loro. Usando questa proprietà, è possibile produrre luce polarizzata linearmente.
3 Conclusione
In questo articolo introduciamo le conoscenze di base sulla polarizzazione ottica, la luce è un'onda elettromagnetica, con effetto onda, la polarizzazione è la vibrazione del vettore del campo elettrico nell'onda luminosa. Abbiamo introdotto tre stati di polarizzazione di base, polarizzazione ellittica, polarizzazione lineare e polarizzazione circolare, che vengono spesso utilizzati nel lavoro quotidiano. A seconda del diverso grado di polarizzazione, la sorgente luminosa può essere divisa in luce non polarizzata, luce parzialmente polarizzata e luce completamente polarizzata, che nella pratica deve essere distinta e discriminata. In risposta a quanto sopra, diversi.
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Orario di pubblicazione: 27 maggio 2024
