Introduksjon til Polarisering

Forstå og manipulere polarisering av lyset er avgjørende for mange optisk programmer. Optisk design som ofte fokuserer på bølgelengde og intensitet av lys, mens de forsømmer sin polarisering. Polarisering, imidlertid, er en viktig egenskap av lys som påvirker selv de optiske systemer som ikke eksplisitt måle det., Polariseringen av lys påvirker fokus for laserstråler, påvirker cut-off bølgelengder av filtre, og kan være viktig for å hindre at uønskede tilbake refleksjoner. Det er viktig for mange måleteknikk programmer som stress analyse i glass eller plast, farmasøytisk ingrediens analyse, og biologiske mikroskopi. Ulike polarizations av lys kan også bli absorbert til ulike grader av materialer, en viktig egenskap for LCD-skjermer, 3D-filmer, og gjenskinn å redusere solbriller.,

Forstå Polarisering

Lys er en elektromagnetisk bølge, og det elektriske feltet på denne bølgen svinger vinkelrett på forplantningsretningen. Lys er kalt unpolarized hvis retning av dette elektriske feltet svinger tilfeldig i tid. Mange vanlige lyskilder, for eksempel sollys, halogen belysning, LED-spotlights, og glødepærer produsere unpolarized lys. Hvis retningen på det elektriske feltet lys er godt definert, er det som kalles polarisert lys. Den vanligste kilden til polarisert lys er en laser.,

Avhengig av hvordan det elektriske feltet er orientert, kan vi klassifisere polarisert lys inn i tre typer polarizations:

• Lineær polarisasjon: den elektriske felt av lys er begrenset til en enkelt fly langs forplantningsretningen (Figur 1).
• Sirkulær polarisasjon: den elektriske felt av lys består av to lineære komponenter som er vinkelrett på hverandre, er lik i størrelse, men har en faseforskjell av π/2., Den resulterende elektriske feltet roterer i en sirkel rundt forplantningsretningen og, avhengig av rotasjonsretning, kalles venstre – eller høyre-hånd sirkulært polarisert lys (Figur 2).
• Elliptisk polarisasjon: den elektriske felt av lys beskriver en ellipse. Dette er resultater fra en kombinasjon av de to lineære komponenter med forskjellige amplituder og/eller en fase forskjell som ikke er π/2. Dette er den mest generelle beskrivelse av polarisert lys, og sirkulær og lineært polarisert lys kan sees på som spesialtilfeller av elliptically polarisert lys (Figur 3).,

De to ortogonale lineær polarisasjon stater som er mest viktig for refleksjon og transmisjon er referert til som p – og s-polarisering. P-polarisert (fra tysk parallell) lys har et elektrisk felt polarisert parallell til flyet av forekomst, mens s-polarisert (fra tysk senkrecht) lys er vinkelrett på dette flyet.,

Manipulere Polarisering

Polarisatorer

for å velge en bestemt polarisering av lyset, polarisatorer er brukt. Polarisatorer kan grovt deles inn i reflekterende, dichroic, og birefringent polarisatorer. Mer detaljert informasjon om hvilken type polarisator er riktig for din søknad kan bli funnet i vår Polarisator Utvalget Guide.,

Reflekterende polarisatorer overføre ønsket polarisering mens gjenspeiler resten. Wire rutenett polarisatorer er et vanlig eksempel på dette, som består av mange tynne ledninger arrangert parallelt i forhold til hverandre. Lys som er polarisert langs disse ledningene er reflektert, mens lys som er polarisert vinkelrett på disse ledningene er overført. Andre reflekterende polarisatorer bruk Brewster-vinkelen. Brewster-vinkelen er en bestemt vinkel for insidens under som bare s-polarisert lys blir reflektert. Den reflekterte strålen er s-polarisert og den overførte strålen blir delvis p-polarisert.,

Dichroic polarisatorer absorbere en bestemt polarisering av lyset, overføre resten; moderne nanopartikkel polarisatorer er dichroic polarisatorer.

Birefringent polarisatorer stole på avhengighet av refractive index på polarisering av lyset. Ulike polarizations vil refract på ulike vinkler, og dette kan brukes til å velge visse polarizations av lys.

Unpolarized lys kan betraktes som en raskt varierende tilfeldig kombinasjon av p – og s-polarisert lys., En ideell lineær polarisator vil bare overføre en av de to lineære polarizations, noe som reduserer den første unpolarized intensitet I0 med halvparten,

For lineært polarisert lys med en intensitet I0, intensiteten som overføres gjennom et ideelt polarisator, jeg, kan være beskrevet av Malus’ lov,

Hvor θ er vinkelen mellom hendelsen lineær polarisasjon og polarisering aksen., Vi ser at for parallelle akser, 100% overføring er oppnådd, mens det for 90° – aksene, også kjent som kryssede polarisatorer, det er 0% overføring. I den virkelige verden programmer for overføring aldri når nøyaktig 0%, derfor, polarisatorer er preget av en utryddelse forhold, som kan brukes til å bestemme den faktiske overføring gjennom to kryssede polarisatorer.

Waveplates

Mens polarisatorer velge visse polarizations av lys, forkaster den andre polarizations, ideelt waveplates endre eksisterende polarizations uten demping, avvikende, eller fortrengsel for strålen., Dette gjør de ved å bremse (eller forsinke) en del av polarisering med hensyn til sin ortogonale komponent. For å hjelpe deg å avgjøre hvilke waveplate er best for din søknad, kan du lese Forståelse Waveplates. Riktig valgt waveplates kan konvertere alle polarisering staten inn i en ny polarisering state, og er som oftest brukt til å rotere lineær polarisasjon, konvertere lineært polarisert lys for å sirkulært polarisert lys eller vice versa.

Programmer

Implementering av polarisering-kontroll kan være nyttig i en rekke imaging programmer., Polarisatorer er plassert over en lyskilde, objektiv, eller begge deler, for å unngå gjenskinn fra lys spredning, øke kontrasten, og eliminere hot spots fra reflekterende objekter. Dette bringer ut mer intense farger eller kontrast eller bidrar til å bedre identifisere overflate defekter eller andre ellers skjulte strukturer.

å Redusere Reflekterende Hot Spots & Gjenskinn

I Figur 5, en lineær polarisator ble plassert foran på objektivet i en maskin visjon systemet for å fjerne obfuscating gjenskinn slik at en elektronisk brikke kan sees tydelig., Venstre bilde (uten polarisator) viser tilfeldig polarisert lys spredning av av de mange glass overflater mellom objektet og kamera sensor. Mye av chip er skjult av Fresnel refleksjon av unpolarized lys. Bildet til høyre (med polarisator) viser chip uten gjenskinn skjule noen av objektet detaljer, slik at brikken for å bli sett, analysert og målt uten obstruksjon.,

Det samme fenomenet kan sees i Figur 6. I venstre bilde (uten polarisator), unpolarized lyset fra solen er i samspill med windows av Edmund Optikk-bygning, og det meste av dette lyset som reflekteres fra windows., I det høyre bildet, et polariserende filter har blitt anvendt slik at det reflekterte lyset, rik i en polarisering type, er å bli blokkert fra kameraets sensor og fotograf, ved hjelp av den andre polarisering type, kan se inn i bygningen lettere.

et Annet karakteristisk måte å se hvordan polarisatorer redusere reflekser er ved å se på vannflater. I Figur 7, overflaten av vannet vises reflekterende i venstre bilde, skjuler det som er under overflaten. På høyre, men den steinete rusk på gulvet i kroppen av vann er mye mer synlig.

Hot spots er svært reflekterende deler av et felt i en mer diffus og reflekterer feltet. I Figur 8, en polarisator er plassert i fronten av objektivet på et kamera, så vel som over den lyskilden som lyser opp scenen for å redusere hot spots.

Ved å kryss-polarisert lys med to lineære polarisatorer som er orientert vinkelrett, hot spots, kan reduseres eller elimineres helt.

Den kantete forskjellen mellom aksene av polarisering av de to polarisatorer er direkte knyttet til mengden av samlet lett demping av settet av polarisatorer. Ved å endre vinkelen offset, den optiske tettheten av polarisator sett kan være variert, å oppnå en lignende effekt å bruke en nøytral tetthet filter. Dette sikrer at den samlede felt er jevnt belyst.

Bedre Kontrast og Farge Effekter

Ring lys guider er populære belysning kilder på grunn av sitt selv, diffus belysning. Imidlertid, refleks eller refleksjon av ringen i seg selv kan oppstå., Polariserende ringen lys og linsen separat kan redusere disse effektene, og hente ut overflaten detaljer som vist i Figur 9.

Figur 11 viser et bilde tatt av Edmund Optikk-Hovedkvarteret og variasjon i fargen på himmelen, gress og løv fra å bruke eller ikke bruke en polarisator foran et kamera linse., Fordi elektroner i luftmolekyler scatter-lys i mange retninger, utseende til himmelen uten en polarisator er en lysere nyanse av blå, som vi har sett i det venstre bildet (uten polarisator). I tillegg er overflaten av bladene av trærne og på gresstrå er veldig lett reflekterende. Ved hjelp av en polarisator filtrerer ut enkelte av lys som reflekteres fra disse flatene, mørkere oppfattet farge av disse flatene.,

Stress Evaluering

I amorfe faste stoffer som glass og plast, stress fra temperatur og trykk profiler i materialet formidler lokale variasjoner og gradienter i den materielle egenskaper, noe som gjør materialet birefringent og nonhomogeneous., Dette kan kvantifiseres i gjennomsiktige objekter ved hjelp av photoelastic effekt, som stress og tilhørende birefringence kan måles med polarisert lys metoder.

Trykksvake fjerne objekter mellom kryssede polarisatorer skal gi en helt mørkt felt, men når interne materiale stress er til stede, lokalisert endringer i refractive index rotere vinkel av polarisering, noe som resulterer i overføring variasjoner.

Kjemisk Identifisering

Polarisering kontroll er også svært viktig i kjemisk, farmasøytisk, og mat og drikke bransjer. Mange viktige organiske kjemiske forbindelser, slik som aktive farmasøytiske ingredienser eller sukker, har flere retninger., Studiet av molekyler med flere retningen kalles stereokjemi.

Molekylære forbindelser som har samme type og antall atomer, men ulike molekylære ordninger er kalt stereoisomers. Disse stereoisomers er «optisk aktive» og vil rotere polarisert lys i forskjellige retninger. Mengden av rotasjon er bestemt av naturen og konsentrasjonen av forbindelsen, slik at polarimetry å oppdage og kvantifisere konsentrasjonen av disse stoffene., Dette er forutsetningen for å identifisere hvilke stereoisomer kan være til stede i en prøve, noe som er viktig fordi stereoisomers kan ha svært ulike kjemiske virkninger. For eksempel, den stereoisomer limonene er det kjemiske som gir appelsiner og sitroner sin karakteristiske dufter.

Polarisering Mikroskopi

Mange forskjellige typer av mikroskopi teknikker som differensial forstyrrelser kontrast (DIC) mikroskopi utnytte polarisatorer å oppnå en rekke forskjellige effekter.

I en enkel polarisering mikroskop system , en lineær polarisator er plassert i front av et mikroskop lyskilde, under prøven scenen, for å polarize lyset kommer inn i systemet., En annen lineær polarisator plassert over prøven scenen er referert til som en «analyzer», som denne polarisator er roteres for å oppnå en ønsket effekt ved å analysere prøven og mens den første polarisator er holdt i ro. Analysatoren er så rotert slik at polariseringen fly på analysatoren og polarisator er 90° fra hverandre. Når dette er oppnådd, mikroskop har minimum overføring (kryssede polarisatorer); mengden av lys overføring vil være proporsjonal til utryddelse forholdet mellom polarisator og analyzer.,

Når analysatoren har blitt justert loddrett til polarisator, en anisotrop, eller birefringent, prøven er plassert på prøven scenen. Prøven roterer polarisert lys et bestemt beløp, som er proporsjonal til prøven tykkelse (og dermed den optiske banen avstand) og prøven birefringence, før det lyset når inn i analyzer.

analyzer-enheten overfører bare lys som har opplevd en prøve-indusert fase skift og fortsetter å blokkere alle upåvirket lyset fra kilden som opprinnelig var polarisert av polarisator., Hvis birefringence av prøven er kjent, kan det da bli brukt til å avgjøre prøven tykkelse. Hvis prøven tykkelse er kjent, det kan brukes til å utlede birefringence av prøven. En praktisk diagram brukes til dette formålet, er kjent som Michel-Levy forstyrrelser farge diagrammet i Figur 14.