1 Sự phân cực của ánh sáng
Ánh sáng có ba tính chất cơ bản là bước sóng, cường độ và độ phân cực. Bước sóng của ánh sáng rất dễ hiểu, lấy ánh sáng nhìn thấy thông thường làm ví dụ, phạm vi bước sóng là 380 ~ 780nm. Cường độ ánh sáng cũng dễ hiểu, chùm sáng mạnh hay yếu có thể được đặc trưng bởi độ lớn của công suất. Ngược lại, đặc tính phân cực của ánh sáng là sự mô tả hướng dao động của vectơ điện trường của ánh sáng, không thể nhìn thấy và chạm vào nên thường không dễ hiểu, tuy nhiên trên thực tế, đặc tính phân cực của ánh sáng cũng rất quan trọng và có nhiều ứng dụng trong cuộc sống, chẳng hạn như màn hình tinh thể lỏng mà chúng ta thấy hàng ngày, công nghệ phân cực được sử dụng để đạt được màn hình màu và điều chỉnh độ tương phản. Khi xem phim 3D trong rạp, kính 3D còn có tác dụng phân cực ánh sáng. Đối với những người tham gia vào công việc quang học, sự hiểu biết đầy đủ về sự phân cực và ứng dụng của nó trong các hệ thống quang học thực tế sẽ rất hữu ích trong việc thúc đẩy sự thành công của các sản phẩm và dự án. Vì vậy, ngay từ đầu bài viết này, chúng tôi sẽ sử dụng một mô tả đơn giản để giới thiệu về sự phân cực của ánh sáng, để mọi người hiểu sâu hơn về sự phân cực và vận dụng tốt hơn trong công việc.
2 Kiến thức cơ bản về phân cực
Vì có nhiều khái niệm liên quan nên chúng tôi sẽ chia chúng thành nhiều phần tóm tắt để giới thiệu từng bước.
2.1 Khái niệm về phân cực
Chúng ta biết ánh sáng là một loại sóng điện từ, như hình vẽ sau, sóng điện từ gồm có điện trường E và từ trường B vuông góc với nhau. Hai sóng dao động theo phương tương ứng và truyền theo phương ngang theo phương truyền Z.
Do điện trường và từ trường vuông góc với nhau, pha giống nhau và hướng truyền giống nhau nên sự phân cực của ánh sáng được mô tả bằng cách phân tích dao động của điện trường trong thực tế.
Như thể hiện trong hình bên dưới, vectơ điện trường E có thể được phân tách thành vectơ Ex và vectơ Ey, và cái gọi là sự phân cực là sự phân bố hướng dao động của các thành phần điện trường Ex và Ey theo thời gian và không gian.
2.2 Một số trạng thái phân cực cơ bản
A. Phân cực elip
Phân cực elip là trạng thái phân cực cơ bản nhất, trong đó hai thành phần điện trường có độ lệch pha không đổi (một truyền nhanh hơn, một truyền chậm hơn) và độ lệch pha không bằng bội số nguyên của π/2 và biên độ có thể giống nhau hoặc khác nhau. Nếu nhìn dọc theo hướng truyền, đường đồng mức của quỹ đạo điểm cuối của vectơ điện trường sẽ vẽ một hình elip như hình dưới đây:
B, phân cực tuyến tính
Phân cực tuyến tính là một dạng phân cực elip đặc biệt, khi hai thành phần điện trường không lệch pha thì vectơ điện trường dao động trong cùng một mặt phẳng, nếu nhìn dọc theo hướng truyền thì đường viền quỹ đạo điểm cuối của vectơ điện trường là một đường thẳng . Nếu hai thành phần có cùng biên độ thì đây là độ phân cực tuyến tính 45 độ như trong hình bên dưới.
C, phân cực tròn
Phân cực tròn cũng là một dạng phân cực elip đặc biệt, khi hai thành phần điện trường có độ lệch pha 90 độ và cùng biên độ, dọc theo hướng truyền, quỹ đạo điểm cuối của vectơ điện trường là một đường tròn, như hình vẽ hình sau:
2.3 Phân loại phân cực của nguồn sáng
Ánh sáng phát ra trực tiếp từ nguồn sáng thông thường là một tập hợp vô số ánh sáng phân cực không đều nên không thể tìm ra cường độ ánh sáng bị lệch theo hướng nào khi quan sát trực tiếp. Loại cường độ sóng ánh sáng dao động theo mọi hướng này được gọi là ánh sáng tự nhiên, nó có sự thay đổi ngẫu nhiên về trạng thái phân cực và độ lệch pha, bao gồm tất cả các hướng rung có thể có vuông góc với hướng truyền sóng ánh sáng, không thể hiện sự phân cực, thuộc về ánh sáng không phân cực. Ánh sáng tự nhiên thông thường bao gồm ánh sáng mặt trời, ánh sáng từ bóng đèn gia dụng, v.v.
Ánh sáng phân cực hoàn toàn có hướng dao động sóng điện từ ổn định và hai thành phần của điện trường có độ lệch pha không đổi, bao gồm ánh sáng phân cực tuyến tính nêu trên, ánh sáng phân cực elip và ánh sáng phân cực tròn.
Ánh sáng phân cực một phần có hai thành phần là ánh sáng tự nhiên và ánh sáng phân cực, chẳng hạn như tia laser chúng ta thường sử dụng, không phải là ánh sáng phân cực hoàn toàn cũng không phải ánh sáng không phân cực thì thuộc về ánh sáng phân cực một phần. Để định lượng tỷ lệ ánh sáng phân cực trong tổng cường độ ánh sáng, người ta đưa ra khái niệm Độ phân cực (DOP), là tỷ lệ giữa cường độ ánh sáng phân cực trên tổng cường độ ánh sáng, nằm trong khoảng từ 0 đến 1,0 đối với ánh sáng không phân cực. ánh sáng, 1 cho ánh sáng phân cực hoàn toàn. Ngoài ra, phân cực tuyến tính (DOLP) là tỷ lệ giữa cường độ ánh sáng phân cực tuyến tính trên tổng cường độ ánh sáng, trong khi phân cực tròn (DOCP) là tỷ lệ cường độ ánh sáng phân cực tròn trên tổng cường độ ánh sáng. Trong cuộc sống, đèn LED thông thường phát ra ánh sáng phân cực một phần.
2.4 Chuyển đổi giữa các trạng thái phân cực
Nhiều thành phần quang học có ảnh hưởng đến sự phân cực của chùm tia, điều này đôi khi được người dùng mong đợi và đôi khi không được mong đợi. Ví dụ, nếu một chùm ánh sáng bị phản xạ thì độ phân cực của nó thường sẽ thay đổi, trong trường hợp ánh sáng tự nhiên, phản xạ qua mặt nước sẽ trở thành ánh sáng bị phân cực một phần.
Miễn là chùm tia không bị phản xạ hoặc đi qua bất kỳ môi trường phân cực nào thì trạng thái phân cực của nó vẫn ổn định. Nếu bạn muốn thay đổi một cách định lượng trạng thái phân cực của chùm tia, bạn có thể sử dụng phần tử quang phân cực để làm điều đó. Ví dụ, một tấm tứ sóng là một phần tử phân cực phổ biến, được làm bằng vật liệu tinh thể lưỡng chiết, được chia thành các hướng trục nhanh và trục chậm, và có thể làm trễ pha π/2 (90°) của vectơ điện trường song song đến trục chậm, trong khi vectơ điện trường song song với trục nhanh không có độ trễ, do đó khi ánh sáng phân cực tuyến tính chiếu tới tấm tứ sóng ở góc phân cực 45 độ, chùm ánh sáng xuyên qua tấm sóng trở thành ánh sáng phân cực tròn như hình vẽ bên dưới. Đầu tiên, ánh sáng tự nhiên được chuyển đổi thành ánh sáng phân cực tuyến tính bằng bản phân cực tuyến tính, sau đó ánh sáng phân cực tuyến tính đi qua 1/4 bước sóng và trở thành ánh sáng phân cực tròn, cường độ ánh sáng không thay đổi.
Tương tự, khi chùm tia truyền theo hướng ngược lại và ánh sáng phân cực tròn chạm vào tấm 1/4 ở Góc phân cực 45 độ, chùm tia truyền qua trở thành ánh sáng phân cực tuyến tính.
Ánh sáng phân cực tuyến tính có thể biến đổi thành ánh sáng không phân cực bằng cách sử dụng quả cầu tích phân đã đề cập ở bài trước. Sau khi ánh sáng phân cực tuyến tính đi vào quả cầu tích hợp, nó sẽ bị phản xạ nhiều lần trong quả cầu và dao động của điện trường bị gián đoạn, do đó đầu ra của quả cầu tích hợp có thể thu được ánh sáng không phân cực.
Đèn 2,5 P, đèn S và Góc Brewster
Cả ánh sáng P và ánh sáng S đều bị phân cực tuyến tính, phân cực theo hướng vuông góc với nhau và chúng rất hữu ích khi xét đến sự phản xạ và khúc xạ của chùm tia. Như thể hiện trong hình bên dưới, một chùm ánh sáng chiếu lên mặt phẳng tới, tạo thành sự phản xạ và khúc xạ, mặt phẳng tạo bởi chùm tia tới và pháp tuyến được định nghĩa là mặt phẳng tới. Ánh sáng P (chữ cái đầu tiên của Parallel, nghĩa là song song) là ánh sáng có hướng phân cực song song với mặt phẳng tới và ánh sáng S (chữ cái đầu tiên của Senkrecht, nghĩa là thẳng đứng) là ánh sáng có hướng phân cực vuông góc với mặt phẳng tới.
Trong trường hợp bình thường, khi ánh sáng tự nhiên bị phản xạ và khúc xạ trên giao diện điện môi, ánh sáng phản xạ và ánh sáng khúc xạ là ánh sáng bị phân cực một phần, chỉ khi Góc tới là một Góc cụ thể, trạng thái phân cực của ánh sáng phản xạ hoàn toàn vuông góc với sự cố Phân cực của mặt phẳng S, trạng thái phân cực của ánh sáng khúc xạ gần như song song với phân cực của mặt phẳng tới P, lúc này Góc tới cụ thể được gọi là Góc Brewster. Khi ánh sáng tới ở góc Brewster, ánh sáng phản xạ và ánh sáng khúc xạ vuông góc với nhau. Sử dụng tính chất này, có thể tạo ra ánh sáng phân cực tuyến tính.
3 Kết luận
Trong bài báo này chúng tôi giới thiệu những kiến thức cơ bản về phân cực quang học, ánh sáng là sóng điện từ, có hiệu ứng sóng, phân cực là sự dao động của vectơ điện trường trong sóng ánh sáng. Chúng tôi đã giới thiệu ba trạng thái phân cực cơ bản, phân cực elip, phân cực tuyến tính và phân cực tròn, thường được sử dụng trong công việc hàng ngày. Theo mức độ phân cực khác nhau, nguồn sáng có thể được chia thành ánh sáng không phân cực, ánh sáng phân cực một phần và ánh sáng phân cực hoàn toàn, cần được phân biệt và phân biệt trong thực tế. Để đáp lại một số điều trên.
Liên hệ:
Email:info@pliroptics.com ;
Điện thoại/Whatsapp/Wechat: 86 19013265659
mạng:www.pliroptics.com
Địa chỉ:Tòa nhà 1, số 1558, đường tình báo, thanh bạch giang, thành đô, tứ xuyên, Trung Quốc
Thời gian đăng: 27-05-2024
