înțelegerea și manipularea polarizării luminii este crucială pentru multe aplicații optice. Designul optic se concentrează frecvent pe lungimea de undă și intensitatea luminii, neglijând în același timp polarizarea acesteia. Polarizarea este însă o proprietate importantă a luminii care afectează chiar și acele sisteme optice care nu o măsoară Explicit., Polarizarea luminii afectează focalizarea fasciculelor laser, influențează lungimile de undă tăiate ale filtrelor și poate fi importantă pentru a preveni reflexiile nedorite ale spatelui. Este esențial pentru multe aplicații metrologice, cum ar fi analiza stresului în sticlă sau plastic, analiza ingredientelor farmaceutice și microscopia biologică. Polarizările diferite ale luminii pot fi, de asemenea, absorbite în grade diferite de materiale, o proprietate esențială pentru ecranele LCD, filmele 3D și ochelarii de soare care reduc strălucirea.,
înțelegerea polarizării
lumina este o undă electromagnetică, iar câmpul electric al acestei unde oscilează perpendicular pe direcția de propagare. Lumina se numește nepolarizată dacă direcția acestui câmp electric fluctuează aleatoriu în timp. Multe surse de lumină comune, cum ar fi lumina soarelui, iluminatul cu halogen, spoturile LED și becurile incandescente produc lumină nepolarizată. Dacă direcția câmpului electric al luminii este bine definită, se numește lumină polarizată. Cea mai obișnuită sursă de lumină polarizată este un laser.,
în funcție de modul în care este orientat câmpul electric, clasificăm lumina polarizată în trei tipuri de polarizări:
- polarizare liniară: câmpul electric al luminii este limitat la un singur plan de-a lungul direcției de propagare (Figura 1).
- polarizare circulară: câmpul electric al luminii constă din două componente liniare care sunt perpendiculare între ele, egale în amplitudine, dar au o diferență de fază de π/2., Câmpul electric rezultat se rotește într – un cerc în jurul direcției de propagare și, în funcție de direcția de rotație, se numește lumină polarizată circular stânga sau dreapta (Figura 2).
- polarizare eliptică: câmpul electric al luminii descrie o elipsă. Aceasta rezultă din combinarea a două componente liniare cu amplitudini diferite și/sau o diferență de fază care nu este π/2. Aceasta este cea mai generală descriere a luminii polarizate, iar lumina polarizată circulară și liniară poate fi văzută ca cazuri speciale de lumină polarizată eliptic (Figura 3).,
Figura 1: câmpul electric de lumină polarizată liniar este limitat la y-z plan (stânga) și x-z plan (dreapta), de-a lungul direcției de propagare.
Figura 2: câmpul electric de lumină polarizată liniar (stânga) este format din două drepte perpendiculare, egale în amplitudine, liniare componente care nu au nici o diferență de fază., Valul de câmp electric rezultat se propagă de-a lungul planului y = X. Câmpul electric al luminii polarizate circular (dreapta) constă din două componente liniare perpendiculare, egale în amplitudine, care au o diferență de fază de π/2 sau 90°. Valul de câmp electric rezultat se propagă circular.
Figura 3: circular câmp electric (stânga) are două componente, care sunt de o amplitudine egală și un π/2 sau 90° diferență de fază., Dacă cele două componente au amplitudini diferite sau dacă există o diferență de fază diferită de π/2, atunci ele vor crea lumină polarizată eliptic (dreapta).
cele două stări de polarizare liniară ortogonală care sunt cele mai importante pentru reflecție și transmisie sunt denumite polarizare p și S. Lumina p-polarizată (din paralela germană) are un câmp electric polarizat paralel cu planul de incidență, în timp ce lumina s-polarizată (din senkrecht German) este perpendiculară pe acest plan.,
Figura 4: P și S sunt de polarizare liniară definită prin orientarea relativa la planul de incidență.
manipularea polarizării
polarizatoare
pentru a selecta o polarizare specifică a luminii, se utilizează polarizatoare. Polarizatoarele pot fi împărțite în linii mari în polarizatoare reflectorizante, dicroice și birefringente. Informații mai detaliate despre tipul de polarizator potrivit pentru aplicația dvs. pot fi găsite în ghidul nostru de selecție a Polarizatorului.,polarizatoarele reflectorizante transmit polarizarea dorită în timp ce reflectă restul. Polarizatoarele de rețea de sârmă sunt un exemplu comun în acest sens, constând din multe fire subțiri dispuse paralel unul cu celălalt. Lumina care este polarizată de-a lungul acestor fire este reflectată, în timp ce lumina care este polarizată perpendicular pe aceste fire este transmisă. Alte polarizatoare reflectorizante folosesc unghiul lui Brewster. Unghiul lui Brewster este un unghi specific de incidență sub care se reflectă doar lumina polarizată S. Fasciculul reflectat este polarizat s, iar fasciculul transmis devine parțial polarizat P.,polarizatoarele dicroice absorb o polarizare specifică a luminii, transmitând restul; polarizatoarele moderne de nanoparticule sunt polarizatoare dicroice.polarizatoarele birefringente se bazează pe dependența indicelui de refracție de polarizarea luminii. Polarizările diferite se vor refracta în unghiuri diferite și acest lucru poate fi utilizat pentru a selecta anumite polarizări ale luminii.
lumina nepolarizată poate fi considerată o combinație aleatorie rapidă de lumină polarizată p și S., Un ideal liniar polarizor va transmite numai una dintre cele două polarizare liniară, reducerea inițială unpolarized intensitate I0 la jumătate,
Pentru lumină polarizată liniar cu intensitatea I0, intensitatea transmisă printr-un polarizor ideal, eu, poate fi descris printr-Malus legii,
în cazul în Care θ este unghiul între incidentul de polarizare liniară și axa de polarizare., Vedem că pentru axele paralele se obține o transmisie de 100%, în timp ce pentru axele de 90°, cunoscute și sub denumirea de polarizatoare încrucișate, există o transmisie de 0%. În aplicațiile din lumea reală transmisia nu atinge niciodată exact 0%, prin urmare, polarizatoarele se caracterizează printr-un raport de extincție, care poate fi utilizat pentru a determina transmisia reală prin două polarizatoare încrucișate.
Waveplates
în Timp ce polarizatoare selecta anumite polarizari de lumina, aruncând alte polarizări, ideal waveplates modifica existente polarizari fără atenuante, se abat, sau deplasarea fasciculului., Ei fac acest lucru prin întârzierea (sau întârzierea) unei componente a polarizării în raport cu componenta sa ortogonală. Pentru a vă ajuta să determinați ce placă de undă este cea mai bună pentru aplicația dvs., citiți Înțelegerea plăcilor de undă. Plăcile de undă alese corect pot converti orice stare de polarizare într-o nouă stare de polarizare și sunt cel mai adesea folosite pentru a roti polarizarea liniară, pentru a converti lumina polarizată liniar în lumină polarizată circular sau invers.
Aplicații
implementarea controlului polarizării poate fi utilă într-o varietate de aplicații imagistice., Polarizatoarele sunt plasate peste o sursă de lumină, lentilă sau ambele, pentru a elimina strălucirea din împrăștierea luminii, pentru a crește contrastul și pentru a elimina punctele fierbinți din obiectele reflectorizante. Acest lucru scoate în evidență culoarea sau contrastul mai intens sau ajută la identificarea mai bună a defectelor de suprafață sau a altor structuri ascunse în alt mod.
Reducerea Reflectorizante puncte Fierbinți & Orbire
În Figura 5, un polarizor liniar a fost plasat în partea din față a lentilei într-un sistem de viziune mașină pentru a elimina obfuscating orbire, astfel încât un cip electronic ar putea fi văzut în mod clar., Imaginea din stânga (fără polarizator) arată împrăștierea luminii polarizate aleatoriu de pe numeroasele suprafețe de sticlă dintre obiect și senzorul camerei. O mare parte din cip este acoperită de reflexia Fresnel a luminii nepolarizate. Imaginea din dreapta (cu polarizator) arată cipul fără strălucire care ascunde oricare dintre detaliile obiectului, permițând cipul să fie vizualizat, analizat și măsurat fără obstrucție.,
Figura 5: Un polarizor este plasat în fața obiectivului unui aparat de aparat de fotografiat viziune, reducând lumina vagabonzi provenind dintr-o suprafață reflectorizantă între lentilă și cip electronic.
același fenomen poate fi văzut în Figura 6. În imaginea din stânga (fără polarizator), lumina nepolarizată de la soare interacționează cu ferestrele clădirii Edmund Optics și cea mai mare parte a acestei lumini se reflectă de pe ferestre., În imaginea din dreapta, a fost aplicat un filtru de polarizare, astfel încât lumina reflectată, bogată într-un tip de polarizare, este blocată de senzorul camerei, iar fotograful, folosind celălalt tip de polarizare, poate vedea mai ușor în clădire.
Figura 6: Un polarizor este plasat în fața obiectivului unui aparat foto DSLR, reducand efectul de orbire vine de la parțial suprafață reflectorizantă de frunze pe vegetație.,un alt mod caracteristic de a vedea modul în care polarizatoarele reduc strălucirea reflectorizantă este vizualizarea suprafețelor de apă. În Figura 7, suprafața apei apare reflectorizantă în imaginea din stânga, ascunzând ceea ce se află sub suprafață. În dreapta, însă, resturile stâncoase de pe podeaua corpului de apă sunt mult mai vizibile.
Figura 7: Un polarizor este plasat în fața obiectivului unui aparat foto DSLR reducerea strălucirea vine de la parțial suprafață reflectorizantă de apă.,punctele fierbinți sunt porțiuni foarte reflectorizante ale unui câmp într-un câmp de reflexie mai difuz. În Figura 8, un polarizator este plasat în fața obiectivului unei camere, precum și peste sursa de lumină care luminează scena pentru a reduce punctele fierbinți.
Figura 8: Un polarizor liniar este plasat de-a lungul sursă de lumină în timp ce un alt polarizor cu un perpendiculara la primul este plasat pe obiectivul aparatului de fotografiat pentru a elimina punctele fierbinți.,
prin lumina polarizantă încrucișată cu două polarizatoare liniare orientate perpendicular, punctele fierbinți pot fi reduse sau eliminate cu totul.
Figura 9: Această imagistică schema este o modalitate de a elimina sau a reduce scatter, orbire, sau puncte fierbinți. Sursa de lumină este polarizată de polarizator, iar lumina reflectată care va fi imaginată este polarizată încă o dată, de data aceasta de analizor.,
diferența unghiulară dintre axele de polarizare a celor două polarizatoare este direct legată de cantitatea de atenuare totală a luminii a setului de polarizatoare. Prin modificarea decalajului unghiului, densitatea optică a setului polarizator poate fi variată, obținând un efect similar cu utilizarea unui filtru de densitate neutră. Acest lucru asigură că câmpul general este iluminat uniform.
îmbunătățirea contrastului și a efectelor de culoare
ghidajele de lumină inelară sunt surse populare de iluminare datorită iluminării lor uniforme, difuze. Cu toate acestea, poate apărea strălucirea sau reflectarea inelului în sine., Polarizarea ieșirii luminii inelului și a obiectivului separat pot reduce aceste efecte și pot scoate la iveală detaliile suprafeței așa cum se vede în Figura 9.
Figura 10: Polarizare inelul de ieșire de lumină și obiectiv separat poate reduce foarte mult efectul de orbire pentru a descoperi importante detalii de suprafață.
Figura 11 prezintă o fotografie făcută cu sediul Edmund Optics și variația culorii cerului, a ierbii și a frunzelor de la utilizarea sau nu a unui polarizator în fața obiectivului camerei., Deoarece electronii din moleculele de aer împrăștie lumina în multe direcții, apariția cerului fără polarizator este o nuanță mai deschisă de albastru, așa cum se vede în imaginea din stânga (fără polarizator). În plus, suprafața frunzelor copacilor și a lamelor de iarbă sunt foarte ușor reflectorizante. Folosind un polarizator filtrează o parte din lumina reflectată de pe aceste suprafețe, întunecând culoarea percepută a acestor suprafețe.,
Figura 11: atunci Când fotografiați cerul, un polarizor în fața a cristalinului poate modifica in mod dramatic culoarea cerului.
Stres Evaluare
În amorf solide, cum ar fi de sticlă și de plastic, stresul de temperatură și presiune profile din material conferă localizate variații și degradeuri în proprietățile materialului, ceea ce face un material birefringent și neomogene., Acest lucru poate fi cuantificat în obiecte transparente folosind efectul fotoelastic, deoarece stresul și birefringența aferentă pot fi măsurate cu metodologii de lumină polarizată.
Figura 12: O pereche de ochelari apare clar, fără polarizare; cu toate acestea, utilizarea de filtre de polarizare face vizibil materialul de stres variații și ele apar ca variații de culoare.,
obiectele clare netensionate între polarizatoarele încrucișate ar trebui să producă un câmp complet întunecat, cu toate acestea, atunci când stresul material intern este prezent, modificările localizate ale indicelui de refracție rotesc unghiul de polarizare, ducând la variații de transmisie. controlul polarizării este, de asemenea, foarte important în industria chimică, farmaceutică și alimentară și a băuturilor. Mulți compuși chimici organici importanți, cum ar fi ingredientele farmaceutice active sau zaharurile, au orientări multiple., Studiul moleculelor cu orientări multiple se numește stereochimie.compușii moleculari care au același tip și număr de atomi, dar diferite aranjamente moleculare se numesc stereoizomeri. Acești stereoizomeri sunt „optic activi” și vor roti lumina polarizată în direcții diferite. Cantitatea de rotație este determinată de natura și concentrația compusului, permițând polarimetriei să detecteze și să cuantifice concentrația acestor compuși., Aceasta este premisa pentru identificarea stereoizomerului care poate fi prezent într-o probă, ceea ce este important deoarece stereoizomerii pot avea efecte chimice foarte diferite. De exemplu, stereoizomerul limonen este substanța chimică care dă portocalelor și lămâilor mirosurile lor caracteristice.
Figura 13: (+)-Limonen, sau D-Limonen (stânga), este asociat cu mirosul de portocale portocale au o concentrație mai mare de acest stereoizomeri decât celelalte. ( + )- Limonenul rotește orientarea luminii incidente., (- )- Limonen, sau L-limonen (dreapta), este asociat cu lămâi, deoarece este foarte concentrat în lămâi, și se rotește lumina incidentă în direcția opusă ca (+)- limonen.
microscopie polarizare
multe tipuri diferite de tehnici de microscopie, cum ar fi Contrast interferență diferențială (DIC) microscopie utiliza polarizatoare pentru a obține o varietate de efecte.
într-un simplu sistem de microscop de polarizare , un polarizator liniar este plasat în fața unei surse de lumină microscop, sub etapa specimen, pentru a polariza lumina care intră în sistem., Un alt polarizator liniar plasat deasupra etapei specimenului este denumit „Analizor”, deoarece acest polarizator este rotit pentru a obține un efect dorit atunci când se analizează eșantionul și în timp ce primul polarizator este menținut staționar. Analizorul este apoi rotit astfel încât planurile de polarizare ale analizorului și polarizatorului să fie la 90° distanță. Când acest lucru a fost realizat, microscopul are o transmisie minimă (polarizatoare încrucișate); cantitatea de transmisie a luminii va fi proporțională cu raportul de extincție al polarizatorului și analizorului.,odată ce analizorul a fost aliniat perpendicular pe polarizator, un specimen anizotrop sau birefringent este plasat pe scena specimenului. Specimenul rotește lumina polarizată într-o cantitate desemnată, proporțională cu grosimea specimenului (și, astfel, Distanța de cale optică) și birefringența specimenului, înainte ca lumina să ajungă la analizor.analizorul transmite doar lumina care a cunoscut o schimbare de fază indusă de specimen și continuă să blocheze toată lumina neafectată de la sursa care a fost inițial polarizată de polarizator., Dacă se cunoaște birefringența specimenului, acesta poate fi apoi utilizat pentru a determina grosimea specimenului. Dacă se cunoaște grosimea specimenului, acesta poate fi utilizat pentru a deduce birefringența specimenului. O diagramă convenabilă utilizată în acest scop este cunoscută sub numele de diagrama culorilor de interferență Michel-Levy din figura 14.
Figura 14: Michel Levy interferențe diagramă se referă afișează culoarea de un material birefringent bazează pe birefringența și grosimea materialului.,
a Fost acest conținut util pentru tine?
Vă mulțumim pentru evaluarea acestui conținut!
Figura 7: Un polarizor este plasat în fața obiectivului unui aparat foto DSLR reducerea strălucirea vine de la parțial suprafață reflectorizantă de apă.,punctele fierbinți sunt porțiuni foarte reflectorizante ale unui câmp într-un câmp de reflexie mai difuz. În Figura 8, un polarizator este plasat în fața obiectivului unei camere, precum și peste sursa de lumină care luminează scena pentru a reduce punctele fierbinți.
Figura 8: Un polarizor liniar este plasat de-a lungul sursă de lumină în timp ce un alt polarizor cu un perpendiculara la primul este plasat pe obiectivul aparatului de fotografiat pentru a elimina punctele fierbinți.,
Figura 8: Un polarizor liniar este plasat de-a lungul sursă de lumină în timp ce un alt polarizor cu un perpendiculara la primul este plasat pe obiectivul aparatului de fotografiat pentru a elimina punctele fierbinți.,
prin lumina polarizantă încrucișată cu două polarizatoare liniare orientate perpendicular, punctele fierbinți pot fi reduse sau eliminate cu totul.
Figura 9: Această imagistică schema este o modalitate de a elimina sau a reduce scatter, orbire, sau puncte fierbinți. Sursa de lumină este polarizată de polarizator, iar lumina reflectată care va fi imaginată este polarizată încă o dată, de data aceasta de analizor.,
diferența unghiulară dintre axele de polarizare a celor două polarizatoare este direct legată de cantitatea de atenuare totală a luminii a setului de polarizatoare. Prin modificarea decalajului unghiului, densitatea optică a setului polarizator poate fi variată, obținând un efect similar cu utilizarea unui filtru de densitate neutră. Acest lucru asigură că câmpul general este iluminat uniform.
îmbunătățirea contrastului și a efectelor de culoare
ghidajele de lumină inelară sunt surse populare de iluminare datorită iluminării lor uniforme, difuze. Cu toate acestea, poate apărea strălucirea sau reflectarea inelului în sine., Polarizarea ieșirii luminii inelului și a obiectivului separat pot reduce aceste efecte și pot scoate la iveală detaliile suprafeței așa cum se vede în Figura 9.
Figura 10: Polarizare inelul de ieșire de lumină și obiectiv separat poate reduce foarte mult efectul de orbire pentru a descoperi importante detalii de suprafață.
Figura 11 prezintă o fotografie făcută cu sediul Edmund Optics și variația culorii cerului, a ierbii și a frunzelor de la utilizarea sau nu a unui polarizator în fața obiectivului camerei., Deoarece electronii din moleculele de aer împrăștie lumina în multe direcții, apariția cerului fără polarizator este o nuanță mai deschisă de albastru, așa cum se vede în imaginea din stânga (fără polarizator). În plus, suprafața frunzelor copacilor și a lamelor de iarbă sunt foarte ușor reflectorizante. Folosind un polarizator filtrează o parte din lumina reflectată de pe aceste suprafețe, întunecând culoarea percepută a acestor suprafețe.,
Figura 11: atunci Când fotografiați cerul, un polarizor în fața a cristalinului poate modifica in mod dramatic culoarea cerului.
Stres Evaluare
În amorf solide, cum ar fi de sticlă și de plastic, stresul de temperatură și presiune profile din material conferă localizate variații și degradeuri în proprietățile materialului, ceea ce face un material birefringent și neomogene., Acest lucru poate fi cuantificat în obiecte transparente folosind efectul fotoelastic, deoarece stresul și birefringența aferentă pot fi măsurate cu metodologii de lumină polarizată.
Figura 12: O pereche de ochelari apare clar, fără polarizare; cu toate acestea, utilizarea de filtre de polarizare face vizibil materialul de stres variații și ele apar ca variații de culoare.,
obiectele clare netensionate între polarizatoarele încrucișate ar trebui să producă un câmp complet întunecat, cu toate acestea, atunci când stresul material intern este prezent, modificările localizate ale indicelui de refracție rotesc unghiul de polarizare, ducând la variații de transmisie. controlul polarizării este, de asemenea, foarte important în industria chimică, farmaceutică și alimentară și a băuturilor. Mulți compuși chimici organici importanți, cum ar fi ingredientele farmaceutice active sau zaharurile, au orientări multiple., Studiul moleculelor cu orientări multiple se numește stereochimie.compușii moleculari care au același tip și număr de atomi, dar diferite aranjamente moleculare se numesc stereoizomeri. Acești stereoizomeri sunt „optic activi” și vor roti lumina polarizată în direcții diferite. Cantitatea de rotație este determinată de natura și concentrația compusului, permițând polarimetriei să detecteze și să cuantifice concentrația acestor compuși., Aceasta este premisa pentru identificarea stereoizomerului care poate fi prezent într-o probă, ceea ce este important deoarece stereoizomerii pot avea efecte chimice foarte diferite. De exemplu, stereoizomerul limonen este substanța chimică care dă portocalelor și lămâilor mirosurile lor caracteristice.
Figura 13: (+)-Limonen, sau D-Limonen (stânga), este asociat cu mirosul de portocale portocale au o concentrație mai mare de acest stereoizomeri decât celelalte. ( + )- Limonenul rotește orientarea luminii incidente., (- )- Limonen, sau L-limonen (dreapta), este asociat cu lămâi, deoarece este foarte concentrat în lămâi, și se rotește lumina incidentă în direcția opusă ca (+)- limonen.
microscopie polarizare
multe tipuri diferite de tehnici de microscopie, cum ar fi Contrast interferență diferențială (DIC) microscopie utiliza polarizatoare pentru a obține o varietate de efecte.
într-un simplu sistem de microscop de polarizare , un polarizator liniar este plasat în fața unei surse de lumină microscop, sub etapa specimen, pentru a polariza lumina care intră în sistem., Un alt polarizator liniar plasat deasupra etapei specimenului este denumit „Analizor”, deoarece acest polarizator este rotit pentru a obține un efect dorit atunci când se analizează eșantionul și în timp ce primul polarizator este menținut staționar. Analizorul este apoi rotit astfel încât planurile de polarizare ale analizorului și polarizatorului să fie la 90° distanță. Când acest lucru a fost realizat, microscopul are o transmisie minimă (polarizatoare încrucișate); cantitatea de transmisie a luminii va fi proporțională cu raportul de extincție al polarizatorului și analizorului.,odată ce analizorul a fost aliniat perpendicular pe polarizator, un specimen anizotrop sau birefringent este plasat pe scena specimenului. Specimenul rotește lumina polarizată într-o cantitate desemnată, proporțională cu grosimea specimenului (și, astfel, Distanța de cale optică) și birefringența specimenului, înainte ca lumina să ajungă la analizor.analizorul transmite doar lumina care a cunoscut o schimbare de fază indusă de specimen și continuă să blocheze toată lumina neafectată de la sursa care a fost inițial polarizată de polarizator., Dacă se cunoaște birefringența specimenului, acesta poate fi apoi utilizat pentru a determina grosimea specimenului. Dacă se cunoaște grosimea specimenului, acesta poate fi utilizat pentru a deduce birefringența specimenului. O diagramă convenabilă utilizată în acest scop este cunoscută sub numele de diagrama culorilor de interferență Michel-Levy din figura 14.
Figura 14: Michel Levy interferențe diagramă se referă afișează culoarea de un material birefringent bazează pe birefringența și grosimea materialului.,
Vă mulțumim pentru evaluarea acestui conținut!