Линейная поляризация

Линейная поляризация – это явление, при котором колебания вектора электрического поля световой волны происходят только в одной плоскости. В данной статье мы подробно рассмотрим принципы возникновения, методы получения, области применения и важные характеристики линейной поляризации. Узнайте, как используется линейная поляризация в различных технологиях, от ЖК-дисплеев до оптической микроскопии.

Что такое поляризация света?

Свет – это электромагнитная волна, состоящая из электрического и магнитного полей, колеблющихся перпендикулярно друг другу и направлению распространения. Поляризация описывает ориентацию колебаний электрического поля. В неполяризованном свете колебания происходят во всех направлениях, перпендикулярных направлению распространения. Когда колебания ограничены одной плоскостью, свет считается поляризованным.

Различные виды поляризации

• Линейная поляризация: Колебания происходят в одной плоскости.
• Круговая поляризация: Вектор электрического поля вращается по спирали вокруг направления распространения.
• Эллиптическая поляризация: Более общий случай, когда вектор электрического поля описывает эллипс.

Как возникает линейная поляризация?

Линейная поляризация может быть достигнута несколькими способами:

Поляризация при отражении

Когда свет падает на поверхность под углом Брюстера, отраженный свет становится полностью поляризованным в плоскости, параллельной поверхности. Угол Брюстера зависит от показателей преломления двух сред и рассчитывается по формуле: θ_B = arctan(n₂/n₁), где n₁ и n₂ – показатели преломления первой и второй среды, соответственно. Например, если свет падает из воздуха (n₁ ≈ 1) на стекло (n₂ ≈ 1.5), угол Брюстера будет примерно 56.3°.

Поляризация при преломлении

Некоторые кристаллы, такие как турмалин, обладают свойством дихроизма – избирательного поглощения света в зависимости от направления поляризации. При прохождении света через такой кристалл одна поляризация поглощается сильнее, чем другая, в результате чего выходящий свет становится частично или полностью поляризованным. В частности, компания ООО Мяньян Осюнь Информационная Индустрия занимается поставкой и разработкой оборудования, в котором используется данный принцип.

Поляризация с помощью поляризаторов

Поляризаторы – это специальные оптические элементы, которые пропускают свет только с определенной поляризацией. Наиболее распространенные типы поляризаторов:

Поляризационные фильтры (пленочные поляризаторы)

Состоят из длинных молекул, ориентированных в одном направлении. Молекулы поглощают свет, поляризованный параллельно их ориентации, и пропускают свет, поляризованный перпендикулярно. Обычно изготавливаются из поливинилового спирта (ПВС), растянутого и обработанного йодом.

Призмы Николя

Состоят из двух кристаллов кальцита, склеенных таким образом, что один луч (обыкновенный) полностью отражается, а другой (необыкновенный) проходит без изменения поляризации.

Волновые пластинки

Используют двойное лучепреломление для изменения состояния поляризации света. Например, четвертьволновая пластинка преобразует линейно поляризованный свет в циркулярно поляризованный, и наоборот.

Применение линейной поляризации

Линейная поляризация находит широкое применение в различных областях науки и техники:

ЖК-дисплеи (LCD)

В ЖК-дисплеях используются жидкие кристаллы, которые изменяют свою ориентацию под воздействием электрического поля. Свет проходит через два поляризатора, расположенных перпендикулярно друг другу. Когда электрическое поле отсутствует, жидкие кристаллы поворачивают плоскость поляризации света на 90 градусов, и свет проходит через второй поляризатор. При подаче напряжения кристаллы выстраиваются, не поворачивая плоскость поляризации, и свет блокируется. Таким образом, контролируя напряжение, можно создавать изображение.

Фотография

Поляризационные фильтры используются в фотографии для уменьшения бликов и отражений от неметаллических поверхностей, таких как вода или стекло. Они также позволяют улучшить насыщенность цветов и контрастность изображения. Например, поляризационный фильтр может значительно улучшить вид неба, сделав его более глубоким и синим.

Оптическая микроскопия

Поляризационная микроскопия используется для исследования анизотропных материалов (материалов, свойства которых зависят от направления), таких как кристаллы или волокна. Наблюдение за образцом в поляризованном свете позволяет выявить его структуру и ориентацию.

3D-очки

В некоторых 3D-системах (например, в кинотеатрах) используются поляризационные очки. Проектор проецирует два изображения, поляризованных в разных направлениях (например, горизонтально и вертикально). Очки имеют соответствующие поляризационные фильтры, позволяющие каждому глазу видеть только свое изображение, создавая эффект трехмерности.

Оптические датчики

Линейная поляризация используется в различных оптических датчиках для измерения напряжения, температуры, давления и других параметров. Изменение этих параметров может влиять на поляризационные свойства среды, что позволяет их измерять с высокой точностью.

Основные характеристики линейно поляризованного света

Важными характеристиками линейно поляризованного света являются:

• Направление поляризации: Ориентация плоскости колебаний электрического поля.
• Степень поляризации: Отношение интенсивности поляризованного света к общей интенсивности.
• Угол поляризации: Угол между плоскостью поляризации и опорной плоскостью.

Как измерить поляризацию света?

Для измерения поляризации света используются различные приборы и методы:

Поляриметр

Прибор для измерения угла поворота плоскости поляризации оптически активных веществ. Он состоит из поляризатора, анализатора (второго поляризатора) и шкалы для измерения угла поворота.

Анализатор Стокса

Устройство для определения параметров Стокса, которые полностью описывают состояние поляризации света. Оно состоит из нескольких поляризаторов и детекторов, измеряющих интенсивность света в различных поляризационных состояниях.

Фотоупругость

Метод измерения напряжения в материалах с использованием эффекта двойного лучепреломления, вызванного напряжением. Применяется в инженерии для анализа распределения напряжений в конструкциях.

Таблица сравнения методов получения линейной поляризации

Заключение

Линейная поляризация – это важное оптическое явление, которое находит широкое применение в различных областях науки и техники. Понимание принципов ее возникновения и свойств позволяет разрабатывать новые технологии и улучшать существующие. От ЖК-дисплеев до оптической микроскопии, линейная поляризация играет ключевую роль в нашей повседневной жизни и научных исследованиях.