Обмен оптическими знаниями-оптическая поляризация

Обмен оптическими знаниями-оптическая поляризация

Поляризованный свет имеет три основные характеристики: длину волны, интенсивность и поляризацию. Длина волны света легко понять. Например, диапазон длин волн видимого света распределен между 380 и 780 нм. Интенсивность света также легко понять; является ли луч света сильным или слабым, можно охарактеризовать его мощностью. Напротив, поляризационная характеристика света описывает направление вибрации вектора электрического поля, которое не является ни видимым, ни ощутимым, что затрудняет его понимание. Однако на практике поляризационная характеристика света не менее важна и имеет широкое применение в повседневной жизни. Например, жидкокристаллические дисплеи (ЖК-дисплеи), на которые мы смотрим каждый день, используют технологию поляризации для достижения цветного дисплея и регулировки контрастности. 3D-очки, которые мы носим при просмотре 3D-фильмов в кинотеатрах, также используют поляризацию света.

Для профессионалов, работающих в оптике, глубокое понимание явлений поляризации и применение этих знаний в практических оптических системах может быть очень полезным для успеха продуктов и проектов. Поэтому, начиная с этой статьи, мы представим концепцию поляризации света в простой для понимания форме, позволяя каждому получить глубокое понимание поляризации и более эффективно применять ее в своей работе.

Базовые знания поляризации

Поскольку вовлеченные концепции довольно многочисленны, мы будем вводить их шаг за шагом в нескольких подразделах.

2,1 Понятие поляризации

Мы знаем, что свет-это тип электромагнитной волны. Как показано на рисунке ниже, электромагнитная волна состоит из электрического поля (E) и магнитного поля (B), которые перпендикулярны друг другу. Эти два поля колеблются в своих соответствующих направлениях и распространяются поперечно вдоль направления распространения (Z).

В электромагнитной волне вектор электрического поля (E) и вектор магнитного поля (B) колеблются перпендикулярно друг другу и направлению распространения волны (Z). Поляризация света конкретно относится к ориентации и поведению вектора электрического поля (E) при распространении волны.

Понимание концепции поляризации имеет решающее значение, поскольку она влияет на то, как свет взаимодействует с материалами и как им можно манипулировать для различных применений. Например, поляризованный свет можно использовать для уменьшения бликов, повышения контрастности в системах визуализации и обеспечения 3D-визуализации в фильмах.

В следующих разделах мы углубимся в различные типы поляризации, как ими можно генерировать и манипулировать, и их практическое применение в повседневной жизни и передовых оптических системах.

Поскольку электрическое поле и магнитное поле перпендикулярны друг другу, имеют одну и ту же фазу и распространяются в одном направлении, на практике поляризация света описывается путем анализа колебаний электрического поля. Как показано на рисунке ниже, вектор электрического поля (\ mathbf{E} ) можно разложить на компоненты (E_x) и (E_y ). Поляризация относится к распределению направлений колебаний компонентов электрического поля (E_x) и (E_y) во времени и пространстве.

Более подробно вектор электрического поля (\ mathbf{E} ) можно выразить как [\ mathbf{E} = E_x \ hat{i} E_y \ hat{j} ], где (\ hat{i} ) и (\ hat{j} ) являются единичными векторами в направлениях x и y, соответственно.

Поведение (E_x) и (E_y) во времени и пространстве определяет тип поляризации:

Линейная поляризация: если (E_x) и (E_y) находятся по фазе (или отклоняются от фазы на 180 градусов), вектор электрического поля (\ mathbf{E} ) колеблется в одной плоскости. Угол этой плоскости зависит от относительных величин (E_x) и (E_y ).

Круговая поляризация: Если (E_x) и (E_y) имеют одинаковую амплитуду, но отклоняются от фазы на 90 градусов, вектор электрического поля (\ mathbf{E} ) прослеживает окружность в плоскости, перпендикулярной направлению распространения. Направление вращения (по часовой стрелке или против часовой стрелки) определяет, является ли это правой или левой круговой поляризацией.

Эллиптическая поляризация: Если (E_x) и (E_y) имеют разные амплитуды и/или отклоняются от фазы на произвольную величину, отличную от 0 или 90 градусов, вектор электрического поля (\ mathbf{E} ) прослеживает эллипс. Это-самая общая форма поляризации.

Поняв какЕсли компоненты электрического поля (E_x) и (E_y) колеблются, мы можем полностью описать состояние поляризации света. Это понимание имеет важное значение для проектирования и анализа оптических систем, которые полагаются на поляризацию, таких как поляризационные фильтры, жидкокристаллические дисплеи и различные типы датчиков и устройств связи.