1 Polarização da luz
A luz tem três propriedades básicas, nomeadamente comprimento de onda, intensidade e polarização. O comprimento de onda da luz é fácil de entender, tomando a luz visível comum como exemplo, a faixa de comprimento de onda é 380 ~ 780 nm. A intensidade da luz também é fácil de entender, e se um feixe de luz é forte ou fraco pode ser caracterizado pelo tamanho da potência. Em contraste, a característica de polarização da luz é a descrição da direção de vibração do vetor campo elétrico da luz, que não pode ser visto e tocado, por isso geralmente não é fácil de entender, porém, na realidade, a característica de polarização da luz também é muito importante e tem uma ampla gama de aplicações na vida, como a tela de cristal líquido que vemos todos os dias, a tecnologia de polarização é usada para obter exibição colorida e ajuste de contraste. Ao assistir filmes 3D no cinema, os óculos 3D também são aplicados à polarização da luz. Para aqueles envolvidos no trabalho óptico, uma compreensão completa da polarização e sua aplicação em sistemas ópticos práticos será muito útil para promover o sucesso de produtos e projetos. Portanto, desde o início deste artigo, utilizaremos uma descrição simples para apresentar a polarização da luz, para que todos tenham um conhecimento profundo da polarização, e melhor aproveitamento no trabalho.
2 Conhecimento básico de polarização
Como são muitos conceitos envolvidos, iremos dividi-los em vários resumos para apresentá-los passo a passo.
2.1 Conceito de polarização
Sabemos que a luz é uma espécie de onda eletromagnética, como mostra a figura a seguir, a onda eletromagnética consiste no campo elétrico E e no campo magnético B, que são perpendiculares entre si. As duas ondas oscilam em suas respectivas direções e se propagam horizontalmente ao longo da direção de propagação Z.
Como o campo elétrico e o campo magnético são perpendiculares entre si, a fase é a mesma e a direção de propagação é a mesma, então a polarização da luz é descrita pela análise da vibração do campo elétrico na prática.
Conforme mostrado na figura abaixo, o vetor campo elétrico E pode ser decomposto em vetor Ex e vetor Ey, e a chamada polarização é a distribuição da direção de oscilação dos componentes do campo elétrico Ex e Ey ao longo do tempo e do espaço.
2.2 Vários estados básicos de polarização
A. Polarização elíptica
A polarização elíptica é o estado de polarização mais básico, no qual dois componentes do campo elétrico têm uma diferença de fase constante (um se propagando mais rápido, outro se propagando mais lentamente), e a diferença de fase não é igual a um múltiplo inteiro de π/2, e a amplitude pode ser iguais ou diferentes. Se você olhar ao longo da direção de propagação, a linha de contorno da trajetória final do vetor campo elétrico desenhará uma elipse, conforme mostrado abaixo:
B, polarização linear
A polarização linear é uma forma especial de polarização elíptica, quando os dois componentes do campo elétrico não têm diferença de fase, o vetor do campo elétrico oscila no mesmo plano, se visto ao longo da direção de propagação, o contorno da trajetória do ponto final do vetor do campo elétrico é uma linha reta . Se os dois componentes tiverem a mesma amplitude, esta é a polarização linear de 45 graus mostrada na figura abaixo.
C, polarização circular
A polarização circular também é uma forma especial de polarização elíptica, quando os dois componentes do campo elétrico têm uma diferença de fase de 90 graus e a mesma amplitude, ao longo da direção de propagação, a trajetória final do vetor do campo elétrico é um círculo, como mostrado no seguinte figura:
2.3 Classificação de polarização da fonte de luz
A luz emitida diretamente da fonte de luz comum é um conjunto irregular de incontáveis luzes polarizadas, de modo que não é possível descobrir em que direção a intensidade da luz é distorcida quando observada diretamente. Este tipo de intensidade de onda de luz que vibra em todas as direções é chamada de luz natural, possui uma mudança aleatória de estado de polarização e diferença de fase, incluindo todas as direções de vibração possíveis perpendiculares à direção de propagação da onda de luz, não apresenta polarização, pertence ao luz não polarizada. A luz natural comum inclui a luz solar, a luz das lâmpadas domésticas e assim por diante.
A luz totalmente polarizada tem uma direção de oscilação de onda eletromagnética estável e os dois componentes do campo elétrico têm uma diferença de fase constante, que inclui a luz polarizada linear acima mencionada, a luz elipticamente polarizada e a luz polarizada circular.
A luz parcialmente polarizada tem dois componentes de luz natural e luz polarizada, como o feixe de laser que usamos com frequência, que não é luz totalmente polarizada nem luz não polarizada, então pertence à luz parcialmente polarizada. Para quantificar a proporção da luz polarizada na intensidade total da luz, é introduzido o conceito de Grau de Polarização (DOP), que é a razão entre a intensidade da luz polarizada e a intensidade total da luz, variando de 0 a 1,0 para não polarizada. luz, 1 para luz totalmente polarizada. Além disso, a polarização linear (DOLP) é a razão entre a intensidade da luz polarizada linearmente e a intensidade total da luz, enquanto a polarização circular (DOCP) é a razão entre a intensidade da luz polarizada circularmente e a intensidade total da luz. Na vida, as luzes LED comuns emitem luz parcialmente polarizada.
2.4 Conversão entre estados de polarização
Muitos elementos ópticos afetam a polarização do feixe, o que às vezes é esperado pelo usuário e às vezes não. Por exemplo, se um feixe de luz for refletido, sua polarização normalmente mudará; no caso da luz natural, refletida através da superfície da água, ela se tornará uma luz parcialmente polarizada.
Enquanto o feixe não for refletido ou passar por qualquer meio polarizador, seu estado de polarização permanecerá estável. Se você quiser alterar quantitativamente o estado de polarização do feixe, poderá usar o elemento óptico de polarização para fazer isso. Por exemplo, uma placa de quarto de onda é um elemento de polarização comum, que é feito de material cristalino birrefringente, dividido em direções de eixo rápido e eixo lento, e pode atrasar a fase de π/2 (90°) do vetor de campo elétrico paralelo para o eixo lento, enquanto o vetor de campo elétrico paralelo ao eixo rápido não tem atraso, de modo que quando a luz polarizada linearmente incide na placa de quarto de onda em um ângulo de polarização de 45 graus, o feixe de luz através da placa de onda torna-se luz polarizada circularmente, conforme mostrado no diagrama abaixo. Primeiro, a luz natural é transformada em luz polarizada linearmente com o polarizador linear e, em seguida, a luz polarizada linearmente passa por 1/4 do comprimento de onda e se torna luz polarizada circularmente, e a intensidade da luz permanece inalterada.
Da mesma forma, quando o feixe viaja na direção oposta e a luz polarizada circularmente atinge a placa de 1/4 em um ângulo de polarização de 45 graus, o feixe que passa torna-se luz polarizada linearmente.
A luz linearmente polarizada pode ser transformada em luz não polarizada usando a esfera integradora mencionada no artigo anterior. Depois que a luz linearmente polarizada entra na esfera integradora, ela é refletida várias vezes na esfera e a vibração do campo elétrico é interrompida, de modo que a extremidade de saída da esfera integradora pode obter luz não polarizada.
Luz 2,5 P, luz S e ângulo Brewster
Tanto a luz P quanto a luz S são polarizadas linearmente, polarizadas em direções perpendiculares entre si e são úteis ao considerar a reflexão e a refração do feixe. Conforme mostrado na figura abaixo, um feixe de luz brilha no plano incidente, formando reflexão e refração, e o plano formado pelo feixe incidente e a normal é definido como o plano incidente. A luz P (primeira letra de Paralelo, que significa paralelo) é a luz cuja direção de polarização é paralela ao plano de incidência, e a luz S (primeira letra de Senkrecht, que significa vertical) é a luz cuja direção de polarização é perpendicular ao plano de incidência.
Em circunstâncias normais, quando a luz natural é refletida e refratada na interface dielétrica, a luz refletida e a luz refratada são luz parcialmente polarizada, somente quando o ângulo de incidência é um ângulo específico, o estado de polarização da luz refletida é completamente perpendicular ao incidente polarização do plano S, o estado de polarização da luz refratada é quase paralelo à polarização do plano incidente P, neste momento o ângulo de incidência específico é chamado de ângulo de Brewster. Quando a luz incide no ângulo de Brewster, a luz refletida e a luz refratada são perpendiculares entre si. Usando esta propriedade, luz polarizada linearmente pode ser produzida.
3 Conclusão
Neste artigo, apresentamos o conhecimento básico da polarização óptica, a luz é uma onda eletromagnética, com efeito de onda, a polarização é a vibração do vetor campo elétrico na onda de luz. Introduzimos três estados básicos de polarização, polarização elíptica, polarização linear e polarização circular, que são frequentemente usados no trabalho diário. De acordo com os diferentes graus de polarização, a fonte de luz pode ser dividida em luz não polarizada, luz parcialmente polarizada e luz totalmente polarizada, que precisam ser distinguidas e discriminadas na prática. Em resposta aos vários acima.
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Horário da postagem: 27 de maio de 2024
