ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับโพลาไรซ์เชิงแสง

1 โพลาไรซ์ของแสง

แสงมีคุณสมบัติพื้นฐานสามประการ ได้แก่ ความยาวคลื่น ความเข้ม และโพลาไรซ์ ความยาวคลื่นของแสงนั้นเข้าใจง่าย โดยยกตัวอย่างแสงที่มองเห็นได้ทั่วไป ช่วงความยาวคลื่นคือ 380~780 นาโนเมตร ความเข้มของแสงยังเข้าใจได้ง่าย และไม่ว่าลำแสงจะแรงหรืออ่อนก็สามารถกำหนดได้ด้วยขนาดของกำลัง ในทางตรงกันข้าม ลักษณะโพลาไรเซชันของแสงเป็นการอธิบายทิศทางการสั่นสะเทือนของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าของแสง ซึ่งไม่สามารถมองเห็นและสัมผัสได้ ดังนั้นจึงมักไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเข้าใจ แต่ในความเป็นจริงแล้ว ลักษณะโพลาไรเซชันของแสง ยังมีความสำคัญมากและมีการใช้งานที่หลากหลายในชีวิต เช่น จอแสดงผลคริสตัลเหลวที่เราเห็นทุกวัน เทคโนโลยีโพลาไรเซชันถูกนำมาใช้เพื่อให้ได้การแสดงสีและการปรับคอนทราสต์ เมื่อรับชมภาพยนตร์ 3 มิติในโรงภาพยนตร์ แว่นตา 3 มิติจะถูกนำไปใช้กับโพลาไรเซชันของแสงด้วย สำหรับผู้ที่ทำงานเกี่ยวกับการมองเห็น ความเข้าใจอย่างถ่องแท้เกี่ยวกับโพลาไรเซชันและการประยุกต์ใช้ในระบบการมองเห็นเชิงปฏิบัติจะเป็นประโยชน์อย่างมากในการส่งเสริมความสำเร็จของผลิตภัณฑ์และโครงการ ดังนั้นตั้งแต่ต้นบทความนี้ เราจะใช้คำอธิบายง่ายๆ เพื่อแนะนำโพลาไรเซชันของแสง เพื่อให้ทุกคนมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับโพลาไรเซชัน และนำไปใช้งานได้ดีขึ้น

2 ความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับโพลาไรเซชัน

เนื่องจากมีแนวคิดที่เกี่ยวข้องมากมาย เราจะแบ่งออกเป็นบทสรุปต่างๆ เพื่อแนะนำทีละขั้นตอน

2.1 แนวคิดเรื่องโพลาไรเซชัน

เรารู้ว่าแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่ง ดังแสดงในรูปต่อไปนี้ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยสนามไฟฟ้า E และสนามแม่เหล็ก B ซึ่งตั้งฉากกัน คลื่นทั้งสองแกว่งไปมาในทิศทางของตนและแพร่กระจายในแนวนอนไปตามทิศทางการแพร่กระจาย Z

เนื่องจากสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งฉากกัน เฟสเท่ากัน และทิศทางการแพร่กระจายก็เหมือนกัน ดังนั้นโพลาไรเซชันของแสงจึงอธิบายได้โดยการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนของสนามไฟฟ้าในทางปฏิบัติ

ดังแสดงในรูปด้านล่าง เวกเตอร์สนามไฟฟ้า E สามารถแบ่งออกเป็นเวกเตอร์ Ex และเวกเตอร์ Ey และสิ่งที่เรียกว่าโพลาไรซ์คือการกระจายทิศทางการสั่นของส่วนประกอบของสนามไฟฟ้า Ex และ Ey ในช่วงเวลาและปริภูมิ

2.2 สถานะโพลาไรเซชันพื้นฐานหลายประการ

A. โพลาไรเซชันแบบวงรี

โพลาไรเซชันแบบวงรีเป็นสถานะโพลาไรเซชันพื้นฐานที่สุด โดยที่ส่วนประกอบของสนามไฟฟ้าสองตัวมีความแตกต่างเฟสคงที่ (ส่วนประกอบหนึ่งแพร่กระจายเร็วกว่า ส่วนประกอบหนึ่งแพร่กระจายช้ากว่า) และความแตกต่างของเฟสไม่เท่ากับผลคูณจำนวนเต็มของ π/2 และแอมพลิจูดสามารถ จะเหมือนหรือแตกต่าง หากคุณมองไปตามทิศทางการแพร่กระจาย เส้นชั้นความสูงของวิถีจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าจะวาดวงรีดังที่แสดงด้านล่าง:

B โพลาไรซ์เชิงเส้น

โพลาไรเซชันเชิงเส้นเป็นรูปแบบพิเศษของโพลาไรเซชันทรงรี เมื่อส่วนประกอบของสนามไฟฟ้าทั้งสองไม่ต่างกันเฟส เวกเตอร์ของสนามไฟฟ้าจะแกว่งไปในระนาบเดียวกัน หากมองไปตามทิศทางของการแพร่กระจาย เส้นวิถีวิถีของเวกเตอร์จุดสิ้นสุดของสนามไฟฟ้าจะเป็นเส้นตรง . หากส่วนประกอบทั้งสองมีแอมพลิจูดเท่ากัน นี่คือโพลาไรเซชันเชิงเส้น 45 องศาดังแสดงในรูปด้านล่าง

C โพลาไรเซชันแบบวงกลม

โพลาไรเซชันแบบวงกลมเป็นรูปแบบพิเศษของโพลาไรเซชันทรงรี เมื่อส่วนประกอบของสนามไฟฟ้าทั้งสองมีความแตกต่างเฟส 90 องศาและมีแอมพลิจูดเท่ากัน ตามทิศทางของการแพร่กระจาย วิถีจุดสิ้นสุดของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าจะเป็นวงกลม ดังแสดงใน รูปต่อไปนี้:

2.3 การจำแนกประเภทโพลาไรเซชันของแหล่งกำเนิดแสง

แสงที่ปล่อยออกมาโดยตรงจากแหล่งกำเนิดแสงธรรมดานั้นเป็นชุดของแสงโพลาไรซ์จำนวนนับไม่ถ้วนที่ไม่สม่ำเสมอ ดังนั้นจึงไม่สามารถทราบได้ว่าความเข้มของแสงจะเอนเอียงไปในทิศทางใดเมื่อสังเกตโดยตรง ความเข้มของคลื่นแสงชนิดนี้ที่สั่นสะเทือนในทุกทิศทางเรียกว่าแสงธรรมชาติ โดยมีการเปลี่ยนแปลงสถานะโพลาไรเซชันและเฟสต่าง ๆ แบบสุ่ม รวมถึงทิศทางการสั่นสะเทือนที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่ตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นแสง ไม่แสดงโพลาไรเซชัน เป็นของ แสงที่ไม่โพลาไรซ์ แสงธรรมชาติทั่วไป ได้แก่ แสงแดด แสงจากหลอดไฟในครัวเรือน และอื่นๆ

แสงโพลาไรซ์เต็มที่มีทิศทางการสั่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เสถียร และส่วนประกอบทั้งสองของสนามไฟฟ้ามีความแตกต่างเฟสคงที่ ซึ่งรวมถึงแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นที่กล่าวไว้ข้างต้น แสงโพลาไรซ์ทรงรี และแสงโพลาไรซ์แบบวงกลม

แสงโพลาไรซ์บางส่วนมีส่วนประกอบสองส่วนคือแสงธรรมชาติและแสงโพลาไรซ์ เช่น ลำแสงเลเซอร์ที่เรามักใช้ ซึ่งไม่ใช่แสงโพลาไรซ์แบบเต็มหรือแสงที่ไม่โพลาไรซ์ ดังนั้นแสงนั้นก็จะอยู่ในแสงโพลาไรซ์บางส่วน เพื่อที่จะหาปริมาณสัดส่วนของแสงโพลาไรซ์ในความเข้มของแสงทั้งหมด จึงมีการนำแนวคิดของระดับโพลาไรเซชัน (DOP) มาใช้ ซึ่งเป็นอัตราส่วนของความเข้มของแสงโพลาไรซ์ต่อความเข้มของแสงทั้งหมด โดยอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 1,0 สำหรับแบบไม่โพลาไรซ์ แสง 1 สำหรับแสงโพลาไรซ์เต็มที่ นอกจากนี้ โพลาไรเซชันเชิงเส้น (DOLP) คืออัตราส่วนของความเข้มแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นต่อความเข้มแสงทั้งหมด ในขณะที่โพลาไรซ์แบบวงกลม (DOCP) คืออัตราส่วนของความเข้มแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมต่อความเข้มแสงทั้งหมด ในชีวิตจริง ไฟ LED ทั่วไปจะปล่อยแสงโพลาไรซ์บางส่วน

2.4 การแปลงระหว่างสถานะโพลาไรเซชัน

องค์ประกอบทางแสงจำนวนมากมีผลต่อโพลาไรเซชันของลำแสง ซึ่งบางครั้งผู้ใช้คาดหวังและบางครั้งก็ไม่ได้คาดหวัง ตัวอย่างเช่น หากลำแสงสะท้อน โพลาไรซ์ของมันมักจะเปลี่ยนไป ในกรณีของแสงธรรมชาติที่สะท้อนผ่านผิวน้ำ ก็จะกลายเป็นแสงโพลาไรซ์บางส่วน

ตราบใดที่ลำแสงไม่สะท้อนหรือผ่านตัวกลางโพลาไรซ์ใดๆ สถานะโพลาไรซ์ของมันจะยังคงคงที่ หากคุณต้องการเปลี่ยนสถานะโพลาไรเซชันของลำแสงในเชิงปริมาณ คุณสามารถใช้องค์ประกอบออปติคอลโพลาไรซ์เพื่อดำเนินการดังกล่าว ตัวอย่างเช่น แผ่นคลื่นสี่ส่วนเป็นองค์ประกอบโพลาไรเซชันทั่วไป ซึ่งทำจากวัสดุคริสตัลแบบรีฟรินเจนต์ ซึ่งแบ่งออกเป็นทิศทางของแกนเร็วและแกนช้า และอาจชะลอเฟสของ π/2 (90°) ของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าขนานกัน ไปยังแกนช้า ในขณะที่เวกเตอร์สนามไฟฟ้าขนานกับแกนเร็วไม่มีการหน่วงเวลา ดังนั้น เมื่อแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นตกกระทบบนแผ่นคลื่นไตรมาสที่มุมโพลาไรเซชัน 45 องศา ลำแสงที่ผ่านแผ่นคลื่นจะกลายเป็น แสงโพลาไรซ์แบบวงกลม ดังแสดงในแผนภาพด้านล่าง ขั้นแรก แสงธรรมชาติจะเปลี่ยนเป็นแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นด้วยโพลาไรซ์เชิงเส้น จากนั้นแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นจะผ่านความยาวคลื่น 1/4 และกลายเป็นแสงโพลาไรซ์แบบวงกลม และความเข้มของแสงไม่เปลี่ยนแปลง

ในทำนองเดียวกัน เมื่อลำแสงเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามและแสงโพลาไรซ์แบบวงกลมกระทบกับแผ่น 1/4 ที่มุมโพลาไรซ์ 45 องศา ลำแสงที่ส่องผ่านจะกลายเป็นแสงโพลาไรซ์เชิงเส้น

แสงโพลาไรซ์เชิงเส้นสามารถเปลี่ยนเป็นแสงโพลาไรซ์ได้โดยใช้ทรงกลมบูรณาการที่กล่าวถึงในบทความก่อนหน้านี้ หลังจากที่แสงโพลาไรซ์เชิงเส้นเข้าสู่ทรงกลมที่รวมเข้าด้วยกัน แสงนั้นจะสะท้อนหลายครั้งในทรงกลม และการสั่นสะเทือนของสนามไฟฟ้าจะหยุดชะงัก เพื่อให้ปลายเอาต์พุตของทรงกลมที่รวมเข้าด้วยกันสามารถรับแสงที่ไม่มีโพลาไรซ์ได้

ไฟ 2.5 P, ไฟ S และมุม Brewster

ทั้งแสง P และแสง S มีโพลาไรซ์เชิงเส้น โดยมีโพลาไรซ์ในทิศทางตั้งฉากซึ่งกันและกัน และมีประโยชน์เมื่อพิจารณาถึงการสะท้อนและการหักเหของแสง ดังแสดงในรูปด้านล่าง ลำแสงจะส่องบนระนาบตกกระทบ ทำให้เกิดการสะท้อนและการหักเหของแสง และระนาบที่เกิดจากลำแสงตกกระทบและเส้นปกติถูกกำหนดให้เป็นระนาบตกกระทบ ไฟ P (อักษรตัวแรกของคำว่า Parallel แปลว่าขนาน) คือแสงที่มีทิศทางโพลาไรเซชันขนานกับระนาบตกกระทบ และแสง S (อักษรตัวแรกของคำว่า Senkrecht แปลว่าแนวตั้ง) คือแสงที่ทิศทางโพลาไรเซชันตั้งฉากกับระนาบตกกระทบ

ภายใต้สถานการณ์ปกติ เมื่อแสงธรรมชาติสะท้อนและหักเหบนอินเทอร์เฟซอิเล็กทริก แสงสะท้อนและแสงหักเหเป็นแสงโพลาไรซ์บางส่วน เฉพาะเมื่อมุมตกกระทบเป็นมุมเฉพาะเท่านั้น สถานะโพลาไรเซชันของแสงสะท้อนจะตั้งฉากกับเหตุการณ์โดยสมบูรณ์ โพลาไรเซชันของระนาบ S สถานะโพลาไรเซชันของแสงหักเหเกือบจะขนานกับโพลาไรเซชันของระนาบ P ที่ตกกระทบ ในเวลานี้มุมตกกระทบจำเพาะเรียกว่ามุมบริวสเตอร์ เมื่อแสงตกกระทบที่มุมบริวสเตอร์ แสงสะท้อนและแสงหักเหจะตั้งฉากกัน การใช้คุณสมบัตินี้สามารถสร้างแสงโพลาไรซ์เชิงเส้นได้

3 บทสรุป

ในบทความนี้ เราแนะนำความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับโพลาไรเซชันเชิงแสง แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยมีเอฟเฟกต์คลื่น โพลาไรเซชันคือการสั่นของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าในคลื่นแสง เราได้แนะนำสถานะโพลาไรเซชันพื้นฐานสามสถานะ ได้แก่ โพลาไรเซชันแบบวงรี โพลาไรซ์เชิงเส้น และโพลาไรซ์แบบวงกลม ซึ่งมักใช้ในการทำงานประจำวัน ตามระดับที่แตกต่างกันของโพลาไรซ์ แหล่งกำเนิดแสงสามารถแบ่งออกเป็นแสงที่ไม่โพลาไรซ์ แสงโพลาไรซ์บางส่วน และแสงโพลาไรซ์เต็ม ซึ่งจำเป็นต้องแยกแยะและแยกแยะในทางปฏิบัติ เพื่อตอบสนองหลายประการข้างต้น

ติดต่อ:

Email:info@pliroptics.com ;

โทรศัพท์/WhatsApp/WeChat:86 19013265659

เว็บ：www.pliroptics.com

เพิ่ม:อาคาร 1 เลขที่ 1558 ถนนข่าวกรอง ชิงไป่เจียง เฉิงตู เสฉวน จีน