Úvod Polarizace

Porozumění a manipulace polarizace světla je zásadní pro mnoho optických aplikací. Optický design se často zaměřuje na vlnovou délku a intenzitu světla a zároveň zanedbává jeho polarizaci. Polarizace je však důležitou vlastností světla, která ovlivňuje i ty optické systémy, které ji výslovně neměří., Polarizace světla ovlivňuje zaměření laserových paprsků, ovlivňuje cut-off vlnové délky filtrů a může být důležité, aby se zabránilo nežádoucím odrazům zad. Je nezbytný pro mnoho metrologických aplikací, jako je analýza stresu ve skle nebo plastu, analýza farmaceutických složek a biologická mikroskopie. Různé polarizace světla mohou být také absorbovány do různých stupňů materiály, základní vlastnost pro LCD obrazovky, 3D filmy a vaše sluneční brýle snižující oslnění.,

pochopení Polarizace

světlo je elektromagnetická vlna a elektrické pole této vlny osciluje kolmo ke směru šíření. Světlo se nazývá nepolarizované, pokud směr tohoto elektrického pole kolísá náhodně v čase. Mnoho běžných světelných zdrojů, jako je sluneční světlo, halogenové osvětlení, LED reflektory a žárovky, produkuje nepolarizované světlo. Pokud je směr elektrického pole světla dobře definován, nazývá se polarizované světlo. Nejběžnějším zdrojem polarizovaného světla je laser.,

v Závislosti na tom, jak elektrické pole je orientované klasifikovat polarizované světlo do tří typů polarizace:

• Lineární polarizace: elektrické pole světla je omezen na jedné rovině podél směru šíření (Obrázek 1).
• kruhová polarizace: elektrické pole světla se skládá ze dvou lineárních složek, které jsou navzájem kolmé, stejné v amplitudě, ale mají fázový rozdíl π/2., Výsledné elektrické pole se otáčí v kruhu kolem směru šíření a, v závislosti na směru otáčení, se nazývá vlevo nebo vpravo kruhově polarizované světlo (viz Obrázek 2).
• eliptická polarizace: elektrické pole světla popisuje elipsu. To vyplývá z kombinace dvou lineárních složek s rozdílnými amplitudami a/nebo fázovým rozdílem, který není π / 2. Toto je nejobecnější popis polarizovaného světla a kruhové a lineární polarizované světlo lze považovat za zvláštní případy elipticky polarizovaného světla (obrázek 3).,

dva ortogonální lineární polarizační stavy, které jsou nejdůležitější pro reflexi a přenos, se označují jako P – A S-polarizace. P-polarizované (z německého paralelní) světlo má elektrické pole polarizované rovnoběžně s rovinou dopadu, zatímco s-polarizované (z německého senkrecht) světla je kolmá k této rovině.,

manipulace s polarizací

polarizátory

Pro výběr specifické polarizace světla se používají polarizátory. Polarizátory lze široce rozdělit na reflexní, dichroické a dvojlomné polarizátory. Podrobnější informace o tom, který typ polarizátoru je pro vaši aplikaci vhodný, naleznete v našem Průvodci výběrem polarizátoru.,

reflexní polarizátory přenášejí požadovanou polarizaci a odrážejí zbytek. Polarizátory drátěné mřížky jsou běžným příkladem toho, který se skládá z mnoha tenkých vodičů uspořádaných paralelně k sobě. Světlo, které je polarizované podél těchto drátů se odráží, zatímco světlo, které je polarizované kolmo na tyto vodiče se přenáší. Jiné reflexní polarizátory používají Brewsterův úhel. Brewsterův úhel je specifický úhel dopadu, pod kterým se odráží pouze polarizované světlo s. Odražený paprsek je polarizován s a přenášený paprsek se částečně polarizuje p.,

dichroické polarizátory absorbují specifickou polarizaci světla a přenášejí zbytek; moderní polarizátory nanočástic jsou dichroické polarizátory.

Dvojlomné polarizátory se spoléhají na závislost indexu lomu na polarizaci světla. Různé polarizace se budou lámat v různých úhlech a to lze použít k výběru určitých polarizací světla.

Nepolarizované světlo lze považovat za rychle se měnící náhodnou kombinaci P-A S-polarizovaného světla., Ideální lineární polarizátor bude vysílat pouze jeden ze dvou lineární polarizace, což snižuje počáteční nepolarizované intenzity I0 na polovinu,

Pro lineárně polarizované světlo s intenzitou I0 je intenzita přenášen přes ideální polarizátor, já, může být popsán Malus‘ zákon,

Kde θ je úhel mezi incidentu lineární polarizace a polarizační osy., Vidíme, že u paralelních OS je dosaženo 100% přenosu, zatímco u os 90°, známých také jako zkřížené polarizátory, je přenos 0%. V aplikacích reálného světa přenos nikdy nedosahuje přesně 0%, proto jsou polarizátory charakterizovány poměrem vyhynutí, který lze použít k určení skutečného přenosu dvěma zkříženými polarizátory.

Waveplates

Zatímco polarizátory vybrat určité polarizace světla, odhazovat jiné polarizace, ideální waveplates upravit existující polarizace, bez polehčujících, jež se odchylují, nebo přemísťovat paprsek., Dělají to zpomalením (nebo zpožděním) jedné složky polarizace vzhledem k její ortogonální složce. Chcete-li zjistit, který waveplate je nejlepší pro vaši aplikaci, přečtěte si porozumění Waveplates. Správně zvolené waveplates můžete převést libovolný polarizační stav do nového polarizace, a jsou nejčastěji používány pro otočení lineární polarizace, převést lineárně polarizované světlo na kruhově polarizované světlo nebo naopak.

aplikace

implementace polarizační kontroly může být užitečná v různých zobrazovacích aplikacích., Polarizátory jsou umístěny nad zdroj světla, čočky, nebo jak, aby odstranit odlesky z rozptylu světla, zvyšují kontrast, a odstranit horké skvrny od lesklých předmětů. To buď přináší intenzivnější barvu nebo kontrast, nebo pomáhá lépe identifikovat povrchové vady nebo jiné jinak skryté struktury.

Snížení Reflexní Horké Skvrny & Oslnění

Na Obrázku 5, lineární polarizátor byl umístěn v přední části objektivu v strojového vidění systém pro odstranění zamlžování oslnění tak, že elektronický čip může být jasně vidět., Levý obrázek (bez polarizátoru) ukazuje náhodně polarizovaný rozptyl světla z mnoha skleněných povrchů mezi objektem a snímačem kamery. Velká část čipu je zakryta Fresnelovým odrazem nepolarizovaného světla. Obrázek vpravo (s polarizátorem) ukazuje čip bez oslnění překážely objektu detaily, což umožňuje čip bude prohlížet, analyzovat, a měřeno bez obstrukce.,

iv id=“08ecfdf220 z reflexního povrchu mezi objektivem a elektronickým čipem.

stejný jev lze vidět na obrázku 6. Na levém obrázku (bez polarizátoru) interaguje neolarizované světlo ze slunce s okny budovy Edmund Optics a většina tohoto světla se odráží z oken., Na pravém obrázku byl použit polarizační filtr tak, že odražené světlo bohaté na jeden polarizační typ je blokováno ze senzoru fotoaparátu a fotograf pomocí druhého polarizačního typu může snadněji vidět do budovy.

dalším charakteristickým způsobem, jak polarizátory snižují reflexní oslnění, je prohlížení vodních ploch. Na obrázku 7 se na levém obrázku objevuje povrch vody, který zakrývá to, co je pod povrchem. Vpravo je však mnohem jasněji vidět skalní trosky na podlaze vodního útvaru.

horké skvrny jsou vysoce reflexní části pole v rozptýlenějším odrážejícím poli. Na obrázku 8 je polarizátor umístěn před objektivem fotoaparátu a také nad světelným zdrojem osvětlujícím scénu, aby se snížily horké skvrny.

křížovým polarizačním světlem se dvěma lineárními polarizátory, které jsou orientovány kolmo, mohou být horké skvrny zcela sníženy nebo odstraněny.

úhlový rozdíl mezi osami polarizace dvou polarizátorů přímo souvisí s množstvím celkového útlumu světla sady polarizátorů. Změnou úhlu vyrovnat, optická hustota polarizátorem lze měnit, dosáhnout podobného efektu pomocí neutrálního filtru. Tím je zajištěno rovnoměrné osvětlení celkového pole.

Zlepšení Kontrastu a Barevné Efekty

Prsten světlo vodítka jsou populární zdroje osvětlení vzhledem k jejich, i, difuzní osvětlení. Může se však objevit oslnění nebo odraz samotného prstence., Polarizace výstupu kruhového světla a objektivu Samostatně může tyto účinky snížit a vyvést detaily povrchu, jak je vidět na obrázku 9.

Obrázek 11 ukazuje fotografie, na které Edmund Optics Velitelství a změnu barvy oblohy, trávy a listí z použití nebo nepoužití polarizátor v přední části objektivu fotoaparátu., Protože elektrony do molekuly vzduchu rozptylují světlo v mnoha směrech, vzhled nebe bez polarizátor je světlejší odstín modré, jak je vidět na levém obrázku (bez polarizátor). Povrch listů stromů a na stéblech trávy je navíc velmi mírně reflexní. Pomocí polarizátoru odfiltruje část světla odraženého od těchto povrchů a ztmavne vnímanou barvu těchto povrchů.,

Stres Hodnocení

V amorfních pevných látek, jako je sklo a plast, stres z teploty a tlaku profily v materiálu dodává lokalizované změny a přechody v vlastnosti materiálu, takže materiál birefringent a nonhomogeneous., To lze kvantifikovat v průhledných objektech pomocí fotoelastického efektu, protože stres a jeho související birefringence lze měřit pomocí metodik polarizovaného světla.

Nepřízvučné jasné objekty mezi zkříženými polarizátory by měl přinést zcela tmavé oblasti, nicméně, když vnitřní materiál stres je přítomen, lokalizované změny v indexu lomu otočit úhel polarizace, což vede k přenosu variant.

chemická identifikace

polarizační kontrola je také velmi důležitá v chemickém, farmaceutickém a potravinářském a nápojovém průmyslu. Mnoho důležitých organických chemických sloučenin, jako jsou aktivní farmaceutické složky nebo cukry, má více orientací., Studium molekul s více orientacemi se nazývá stereochemie.

molekulární sloučeniny, které mají stejný typ a počet atomů, ale různá molekulární uspořádání se nazývají stereoizomery. Tyto stereoizomery jsou „opticky aktivní“ a budou otáčet polarizované světlo v různých směrech. Množství rotace je určeno povahou a koncentrací sloučeniny, což umožňuje polarimetrii detekovat a kvantifikovat koncentraci těchto sloučenin., To je předpoklad pro identifikaci, který stereoizomer může být přítomen ve vzorku, což je důležité, protože stereoizomery mohou mít výrazně odlišné chemické účinky. Například stereoisomer limonen je chemická látka, která dává pomerančům a citronům jejich charakteristické vůně.

Polarizační Mikroskopie

Mnoho různých typů mikroskopie techniky, jako jsou diferenciální interferenční kontrast (DIC) mikroskopie využít polarizátory, aby se dosáhlo různých účinků.

v jednoduchém systému polarizačního mikroskopu je lineární polarizátor umístěn před světelným zdrojem mikroskopu pod fází vzorku, aby polarizoval světlo vstupující do systému., Další lineární polarizátor umístěný nad fází vzorku se označuje jako“ analyzátor“, protože tento polarizátor se otáčí, aby se dosáhlo požadovaného účinku při analýze vzorku a zatímco první polarizátor je udržován v klidu. Analyzátor se pak otáčí tak, že polarizační roviny analyzátoru a polarizátoru jsou od sebe vzdáleny 90°. Po dosažení tohoto cíle má mikroskop minimální přenos (zkřížené polarizátory); množství přenosu světla bude úměrné poměru vyhynutí polarizátoru a analyzátoru.,

jakmile je analyzátor zarovnán kolmo k polarizátoru, je na vzorkovacím stupni umístěn anizotropní nebo dvojlomný vzorek. Vzorek se otáčí polarizované světlo určené množství, úměrné tloušťka vzorku (a tedy i optické dráhy vzdálenost) a vzorek dvojlom, před tím, než světlo doletí k analyzátoru.

analyzátor přenáší pouze světlo, které má zkušený vzorek-indukovaný fázový posun a nadále blokovat všechny nedotčena světlo ze zdroje, který byl původně polarizované polarizátor., Pokud je známa birefringence vzorku, může být použita k určení tloušťky vzorku. Je-li známa tloušťka vzorku, může být použita k odvození birefringence vzorku. Vhodný graf použitý pro tento účel je známý jako barevný graf interference Michel-Levy na obrázku 14.