Обмен оптическими знаниями-оптическая поляризация 2

2,2 Государства базовой поляризации

А. Эллиптическая поляризация

Эллиптическая поляризация является наиболее фундаментальным состоянием поляризации. В этом случае две компоненты электрического поля имеют постоянную разность фаз (одна распространяется быстрее, другая медленнее), и разность фаз не является целочисленным кратным (\ pi/2 ). Амплитуды могут быть либо одинаковыми, либо разными. Если смотреть вдоль направления распространения, траектория конечной точки вектора электрического поля будет очерчена эллипсом, как показано на рисунке ниже:

Б. Линейная поляризация

Линейная поляризация-это особая форма эллиптической поляризации. В этом случае две компоненты электрического поля не имеют разности фаз, и вектор электрического поля колеблется в одной плоскости. Если смотреть вдоль направления распространения, траектория конечной точки вектора электрического поля представляет собой прямую линию. Если амплитуды двух компонентов одинаковы, это приводит к линейной поляризации 45 градусов, как показано на рисунке ниже:

С. Круговая поляризация

Круговая поляризация-еще одна особая форма эллиптической поляризации. В этом случае две компоненты электрического поля имеют разность фаз 90 градусов и одинаковую амплитуду. Если смотреть вдоль направления распространения, траектория конечной точки вектора электрического поля представляет собой окружность, как показано на рисунке ниже:

2,3 Классификация источников света по поляризации

Свет, излучаемый непосредственно от обычных источников света, представляет собой нерегулярное собрание бесчисленных поляризованных огней, поэтому невозможно наблюдать какое-либо предпочтительное направление интенсивности света напрямую. Этот тип света, который имеет одинаковую интенсивность во всех направлениях вибрации, называется естественным светом. Он имеет случайно меняющиеся состояния поляризации и фазовые различия, включая все возможные направления вибрации, перпендикулярные направлению распространения света, и не проявляет поляризации. Общие примеры естественного света включают солнечный свет и свет от бытовых ламп.

Полностью поляризованный свет имеет стабильное направление колебаний электромагнитных волн, причем две компоненты электрического поля имеют постоянную разность фаз. Он включает в себя вышеупомянутый линейно поляризованный свет, эллиптически поляризованный свет и циркулярно поляризованный свет.

Частично поляризованный свет содержит компоненты как естественного света, так и поляризованного света. Например, лазерные лучи, которые мы часто используем, не являются ни полностью поляризованными, ни неполяризованными, поэтому они относятся к частично поляризованном свету. Для количественной оценки доли поляризованного света в общей интенсивности света вводится понятие степени поляризации (DOP). Это отношение интенсивности поляризованного света к общей интенсивности света в диапазоне от 0 до 1, где 0 указывает на неполяризованный свет, а 1 указывает на полностью поляризованный свет. Кроме того, степень линейной поляризации (DOLP)-это отношение интенсивности линейно поляризованного света к общей интенсивности света, а степень круговой поляризации (DOCP)-отношение интенсивности циркулярно поляризованного света к общей интенсивности света. В повседневной жизни свет, излучаемый обычными светодиодными лампами, также является частично поляризованным светом.

2,4 Преобразование между государствами поляризации

Многие оптические компоненты могут влиять на состояние поляризации светового луча. Эти эффекты иногда могут быть желательны пользователем, а иногда и нет. Например, когда световой луч отражается, его поляризационное состояние обычно меняется. Взяв естественный свет в качестве примера, после отражения от поверхности воды он становится частично поляризованным светом. До тех пор, пока световой луч не отражается или не проходит через какую-либо поляризационную среду, его поляризационное состояние остается стабильным.

Для количественного изменения состояния поляризации светового пучка могут быть использованы поляризационные оптические компоненты. Например, четвертьволновая пластина представляет собой общий поляризационный компонент, изготовленный из двулучепреломления кристаллического материала, с быстрой осью и медленной осью. Он может задерживать фазу вектора электрического поля параллельно медленной оси на (\ pi/2 ) (90 °), в то время как вектор электрического поля, параллельный быстрой оси, не испытывает задержки. Таким образом, при линейно поляризованном свете с углом поляризации 45 градусовE попадает на четвертьволновую пластину, проходящий световой луч становится циркулярно поляризованным светом, как показано на рисунке ниже. Сначала линейный поляризатор преобразует естественный свет в линейно поляризованный свет, а затем линейно поляризованный свет проходит через четвертьволновую пластину, становясь циркулярно поляризованным светом без изменения интенсивности света. Аналогично, когда световой луч распространяется в обратном направлении, циркулярно поляризованный свет с углом поляризации 45 градусов, падающий на четвертьволновую пластину, становится линейно поляризованным светом.

Используя интегрирующую сферу, упомянутую в предыдущих статьях, линейно поляризованный свет может быть преобразован в неполяризованный свет. Когда линейно поляризованный свет входит в интегрирующую сферу, он подвергается многократным отражениям внутри сферы, нарушая вибрацию электрического поля. Это приводит к неполяризованном свете на выходном конце интегрирующей сферы.

2,5 P-поляризованный свет, S-поляризованный свет и угол Брюстера

P-поляризованный свет и S-поляризованный свет являются линейно поляризованным светом с перпендикулярными направлениями поляризации. Они имеют смысл при рассмотрении отражения и преломления световых лучей. Как показано на рисунке ниже, когда световой луч падает на поверхность, образуя отраженные и преломленные лучи, плоскость, образованная падающим световым лучом и нормаль, определяется как плоскость падения. P-поляризованный свет (от немецкого слова «параллельный»)-это свет с направлением поляризации, параллельным плоскости падения, в то время как S-поляризованный свет (от немецкого слова «Senkrecht»)-это свет с направлением поляризации, перпендикулярным плоскости падения.

P-поляризованный и S-поляризованный свет

В нормальных условиях, когда естественный свет отражается и преломляется на границе раздела диэлектрика, отраженный и преломленный свет частично поляризованы. Только когда угол падения находится под определенным углом, состояние поляризации отраженного света полностью S-поляризовано (перпендикулярно плоскости падения), а состояние поляризации преломленного света почти полностью P-поляризовано (параллельно плоскости падения). Этот специфический угол падения называется углом Брюстера. Когда свет падающий под углом Брюстера, отраженный свет и преломленный свет перпендикулярны друг другу. Используя эту характеристику, можно генерировать линейно поляризованный свет.