Introduktion til Polarisering

at Forstå og manipulere den polarisering af lys er afgørende for mange optiske applikationer. Optisk design fokuserer ofte på bølgelængden og intensiteten af lys, mens man forsømmer sin polarisering. Polarisering er imidlertid en vigtig egenskab af lys, der påvirker selv de optiske systemer, der ikke eksplicit måler det., Polariseringen af lys påvirker fokus for laserstråler, påvirker cut-off bølgelængder af filtre, og kan være vigtigt at forhindre uønskede tilbage refleksioner. Det er vigtigt for mange metrologiapplikationer såsom stressanalyse i glas eller plast, farmaceutisk ingrediensanalyse og biologisk mikroskopi. Forskellige polariseringer af lys kan også absorberes i forskellige grader af materialer, en vigtig egenskab for LCD-skærme, 3D-film og dine blændingsreducerende solbriller.,

forståelse af polarisering

lys er en elektromagnetisk bølge, og det elektriske felt i denne bølge svinger vinkelret på udbredelsesretningen. Lys kaldes upolariseret, hvis retningen af dette elektriske felt svinger tilfældigt i tide. Mange almindelige lyskilder som sollys, halogenbelysning, LED-spotlights og glødepærer producerer upolariseret lys. Hvis retningen af det elektriske lysfelt er veldefineret, kaldes det polariseret lys. Den mest almindelige kilde til polariseret lys er en laser.,

afhængigt af hvordan det elektriske felt er orienteret, klassificerer vi polariseret lys i tre typer polariseringer:

• lineær polarisering: det elektriske lysfelt er begrænset til et enkelt plan langs udbredelsesretningen (Figur 1).
• Cirkulær polarisering: det elektriske felt af lys består af to lineære komponenter, der er vinkelret på hinanden, lige i amplitude, men har en faseforskel på π/2., Det resulterende elektriske felt roterer i en cirkel omkring udbredelsesretningen og kaldes afhængigt af rotationsretningen venstre – eller højre cirkulært polariseret lys (figur 2).
• elliptisk polarisering: det elektriske lysfelt beskriver en ellipse. Dette skyldes kombinationen af to lineære komponenter med forskellige amplituder og/eller en faseforskel, der ikke er π/2. Dette er den mest generelle beskrivelse af polariseret lys, og cirkulært og lineært polariseret lys kan ses som særlige tilfælde af elliptically polariseret lys (Figur 3).,

de to ortogonale lineære polarisationstilstande, der er vigtigst for refleksion og transmission, kaldes p – og s-polarisering. P-polariseret (fra den tyske parallel) lys har et elektrisk felt polariseret parallelt med forekomstplanet, mens S-polariseret (fra det tyske senkrecht) lys er vinkelret på dette plan.,

manipulering af polarisering

polarisatorer

for at vælge en specifik polarisering af lys anvendes polarisatorer. Polarisatorer kan være bredt opdelt i reflekterende, dichroic, og birefringent polarisatorer. Mere detaljerede oplysninger om, hvilken type polarisator der passer til din applikation, findes i Vores polarisator-Valgvejledning.,

reflekterende polarisatorer transmitterer den ønskede polarisering, mens de afspejler resten. Polarire grid polarisatorer er et almindeligt eksempel på dette, der består af mange tynde ledninger arrangeret parallelt med hinanden. Lys, der er polariseret langs disse ledninger, reflekteres, mens lys, der er polariseret vinkelret på disse ledninger, overføres. Andre reflekterende polarisatorer bruger Bre .sters vinkel. Bre .sters vinkel er en specifik indfaldsvinkel, hvorunder kun s-polariseret lys reflekteres. Den reflekterede stråle er s-polariseret, og den transmitterede stråle bliver delvist p-polariseret.,

Dichroiske polarisatorer absorberer en specifik polarisering af lys, transmitterer resten; moderne nanopartikelpolarisatorer er dichroiske polarisatorer.

Birefringent polarisatorer stole på afhængigheden af brydningsindekset på polariseringen af lys. Forskellige polariseringer vil brydes i forskellige vinkler, og dette kan bruges til at vælge visse polarisationer af lys.

upolariseret lys kan betragtes som en hurtigt varierende tilfældig kombination af p – og s-polariseret lys., En ideel lineær polarisator kun vil sende den ene af de to lineære polariseringer, en reduktion af den oprindelige unpolarized intensiteten I0 det halve,

For lineært polariseret lys med intensiteten I0 er intensiteten, der sendes gennem en ideel polarisator, jeg, kan være beskrevet af Malus’ lov,

Hvor θ er vinklen mellem hændelsen lineær polarisering og polarisering-aksen., Vi ser, at for parallelle akser opnås 100% transmission, mens der for 90 axes akser, også kendt som krydsede polarisatorer, er 0% transmission. I applikationer i den virkelige verden når transmissionen aldrig nøjagtigt 0%, derfor er polarisatorer kendetegnet ved et udryddelsesforhold, som kan bruges til at bestemme den faktiske transmission gennem to krydsede polarisatorer.

Bølgeplader

mens polarisatorer vælge visse polarisationer af lys, kassere de andre polarisationer, ideelle bølgeplader ændre eksisterende polarisationer uden formildende, afvigende, eller fortrænge strålen., De gør dette ved at forsinke (eller forsinke) en komponent af polarisering med hensyn til dens ortogonale komponent. For at hjælpe dig med at bestemme, hvilken bølgeplade der er bedst til din applikation, skal du læse forståelse af Bølgeplader. Korrekt valgte bølgeplader kan konvertere enhver polarisationstilstand til en ny polarisationstilstand og bruges oftest til at rotere lineær polarisering, til at konvertere lineært polariseret lys til cirkulært polariseret lys eller omvendt.

applikationer

implementering af polarisationskontrol kan være nyttig i en række forskellige billeddannelsesapplikationer., Polarisatorer placeres over en lyskilde, linse eller begge dele for at fjerne blænding fra lysspredning, øge kontrasten og eliminere hotspots fra reflekterende genstande. Dette bringer enten mere intens farve eller kontrast eller hjælper med til bedre at identificere overfladefejl eller andre ellers skjulte strukturer.

Reducere Reflekterende Hot Spots & Blænding

I Figur 5, en lineær polarisator blev placeret foran objektivet i en maskine vision system til at fjerne chartrets blænding sådan, at en elektronisk chip, kunne tydeligt ses., Det venstre billede (uden polarisator) viser tilfældigt polariseret lysspredning af de mange glasoverflader mellem objektet og kamerasensoren. Meget af chippen er skjult af Fresnel afspejling af det upolariserede lys. Billedet til højre (med polarisator) viser chippen uden blænding, der skjuler nogen af objektdetaljerne, så chippen kan ses, analyseres og måles uden hindring.,

det samme fænomen kan ses i figuren 6. I det venstre billede (uden polarisator) interagerer upolariseret lys fra solen med vinduerne i Edmund Optics-bygningen, og det meste af dette lys reflekterer vinduerne., På det rigtige billede er der anvendt et polariserende filter, så det reflekterede lys, der er rig på en polarisationstype, blokeres fra kamerasensoren, og fotografen ved hjælp af den anden polarisationstype lettere kan se ind i bygningen.

en anden karakteristisk måde at se, hvordan polarisatorer reducerer reflekterende blænding, er ved at se vandoverflader. I Figur 7 vises vandets overflade reflekterende i det venstre billede, hvilket skjuler, hvad der er under overfladen. Til højre er det stenede affald på gulvet i vandkroppen imidlertid meget mere tydeligt synligt.

hotspots er stærkt reflekterende dele af et felt inden for et mere diffust reflekterende felt. I figur 8 placeres en polarisator foran linsen på et kamera såvel som over lyskilden, der oplyser scenen for at reducere hot spots.

Ved krydspolariserende lys med to lineære polarisatorer, der er orienteret vinkelret, kan hot spots reduceres eller elimineres helt.

vinkelforskellen mellem polarisationsakserne for de to polarisatorer er direkte relateret til mængden af den samlede lysdæmpning af sæt polarisatorer. Ved at ændre vinkelforskydningen kan polarisatorsættets optiske densitet varieres, hvilket giver en lignende effekt som at bruge et neutralt densitetsfilter. Dette sikrer, at det samlede felt er jævnt belyst.

forbedring af kontrast-og farveeffekter

Ringlysguider er populære belysningskilder på grund af deres jævne, diffuse belysning. Imidlertid kan blænding eller refleksion af selve ringen forekomme., Polarisering af ringens lyseffekt og linsen separat kan reducere disse effekter og bringe overfladedetaljer ud som det ses i figur 9.

Figur 11 viser et foto taget af Edmund Optics hovedkvarter og variationen i farven på himlen, græs og løv fra at bruge eller ikke bruge en polarisator foran en kameralinse., Fordi elektroner i luftmolekyler spreder lys i mange retninger, er udseendet af himlen uden en polarisator en lysere nuance af blå, som det ses på venstre billede (uden polarisator). Derudover er overfladen af blade af træer og på græsblade meget lidt reflekterende. Ved hjælp af en polarisator filtrerer noget af det lys, der reflekteres fra disse overflader, mørkere den opfattede farve på disse overflader.,

Stress Evaluering

I amorfe faste stoffer, såsom glas og plast, stress fra temperatur og tryk profiler i det materiale, der formidler lokaliseret variationer og stigninger i den materielle egenskaber, der gør materialet birefringent og nonhomogeneous., Dette kan kvantificeres i gennemsigtige objekter ved hjælp af den fotoelastiske effekt, da stress og dens relaterede dobbeltbrydning kan måles med polariserede lysmetoder.

ubelastede klare objekter mellem krydsede polarisatorer skal give et helt mørkt felt, men når intern materialespænding er til stede, roterer de lokaliserede ændringer i brydningsindeks polarisationsvinklen, hvilket resulterer i transmissionsvariationer.

kemisk identifikation

Polarisationskontrol er også meget vigtig inden for den kemiske, farmaceutiske og fødevare-og drikkevareindustri. Mange vigtige organiske kemiske forbindelser, såsom aktive farmaceutiske ingredienser eller sukkerarter, har flere orienteringer., Undersøgelsen af molekyler med flere orienteringer kaldes stereokemi.

molekylære forbindelser, der har samme type og antal atomer, men forskellige molekylære arrangementer kaldes stereoisomerer. Disse stereoisomerer er” optisk aktive ” og vil rotere polariseret lys i forskellige retninger. Mængden af rotation bestemmes af arten og koncentrationen af forbindelsen, hvilket tillader polarimetri at detektere og kvantificere koncentrationen af disse forbindelser., Dette er forudsætningen for at identificere, hvilken stereoisomer der kan være til stede i en prøve, hvilket er vigtigt, fordi stereoisomerer kan have meget forskellige kemiske virkninger. For eksempel er stereoisomer limonen det kemikalie, der giver Appelsiner og citroner deres karakteristiske dufte.

Polarisationsmikroskopi

mange forskellige typer mikroskopiteknikker såsom DIC-mikroskopi (differential interference contrast) anvender polarisatorer til at opnå en række effekter.

i et simpelt polarisationsmikroskopsystem placeres en lineær polarisator foran en mikroskoplyskilde under prøvetrinnet for at polarisere lyset , der kommer ind i systemet., En anden lineær polarisator placeret over prøvetrinnet betegnes som en” analysator”, da denne polarisator drejes for at opnå en ønsket effekt ved analyse af prøven, og mens den første polarisator holdes stationær. Analysatoren drejes derefter således, at polarisationsplanerne for analysatoren og polarisatoren er 90 apart fra hinanden. Når dette er opnået, har mikroskopet minimal transmission (krydsede polarisatorer); mængden af lystransmission vil være proportional med udryddelsesforholdet mellem polarisatoren og analysatoren.,

når analysatoren er justeret vinkelret på polarisatoren, placeres en anisotropisk eller dobbeltbrydende prøve på prøvetrinnet. Prøven roterer det polariserede lys en udpeget mængde, proportional med prøvetykkelsen (og dermed den optiske vejafstand) og prøvebredringen, før det lys når til analysatoren.

analysatoren transmitterer kun lys, der har oplevet et prøveinduceret faseskift og fortsætter med at blokere alt det upåvirkede lys fra kilden, der oprindeligt blev polariseret af polarisatoren., Hvis prøvens dobbeltbrydning er kendt, kan den anvendes til at bestemme prøvetykkelsen. Hvis prøvetykkelsen er kendt, kan den anvendes til at udlede prøvens dobbeltbrydning. Et praktisk diagram, der bruges til dette formål, er kendt som Michel-Levy-interferensfarvekortet i figur 14.