поляризатор

Поляризатор , или поляризатор — это оптический фильтр который световые волны определенной поляризации, пропускает блокируя световые волны других поляризаций. ^[1]^[2]^[3]^[4] Он может фильтровать луч света неопределенной или смешанной поляризации в луч четко определенной поляризации, известный как поляризованный свет . Поляризаторы используются во многих оптических методах и приборах . Поляризаторы находят применение в фотографии и ЖК- технологиях. В фотографии поляризационный фильтр можно использовать для фильтрации отражений.

Распространенными типами поляризаторов являются линейные поляризаторы и круговые поляризаторы. Поляризаторы также могут быть изготовлены для других типов электромагнитных волн , помимо видимого света, таких как радиоволны , микроволны и рентгеновские лучи .

Линейные поляризаторы

Линейные поляризаторы можно разделить на две основные категории: поглощающие поляризаторы, в которых нежелательные состояния поляризации поглощаются устройством , и поляризаторы с расщеплением луча, в которых неполяризованный луч разделяется на два луча с противоположными состояниями поляризации. Поляризаторы, которые сохраняют одни и те же оси поляризации с разными углами падения. ^{[ нужны разъяснения ]} часто называют ^{[ нужна ссылка ]} Декартовы поляризаторы , поскольку векторы поляризации могут быть описаны простыми декартовыми координатами (например, горизонтальными или вертикальными), независимыми от ориентации поверхности поляризатора. Когда два состояния поляризации относятся к направлению поверхности (обычно обнаруживаемому с помощью отражения Френеля), их обычно называют s и p . Это различие между декартовой и s – p -поляризацией во многих случаях может быть незначительным, но оно становится существенным для достижения высокого контраста и широкого углового разброса падающего света.

Поглощающие поляризаторы

Некоторые кристаллы из-за эффектов, описанных кристаллооптикой , демонстрируют дихроизм , преимущественное поглощение света, поляризованного в определенных направлениях. Поэтому их можно использовать в качестве линейных поляризаторов. Самый известный кристалл этого типа — турмалин . Однако этот кристалл редко используется в качестве поляризатора, поскольку дихроичный эффект сильно зависит от длины волны и кристалл кажется окрашенным. Герапатит также двуцветен и не имеет яркой окраски, но его трудно вырастить в крупные кристаллы.

Поляризационный фильтр Polaroid . действует в атомном масштабе аналогично поляризатору на основе проволочной сетки Первоначально он был изготовлен из микроскопических кристаллов гепатита. Его нынешняя форма H-листа изготовлена из пластика на основе поливинилового спирта (ПВА) с легированием йода . Растяжение листа во время производства приводит к выравниванию цепочек ПВА в одном определенном направлении. Валентные электроны от примеси йода способны двигаться линейно вдоль полимерных цепей, но не поперечно им. Таким образом, падающий свет, поляризованный параллельно цепям, поглощается листом; передается свет, поляризованный перпендикулярно цепям. Прочность и практичность Polaroid делают его наиболее распространенным типом поляризатора, например, для солнцезащитных очков , фотофильтров и жидкокристаллических дисплеев . Он также намного дешевле, чем другие типы поляризаторов.

Современный тип поглощающего поляризатора состоит из удлиненных наночастиц серебра, заключенных в тонкие (≤0,5 мм) стеклянные пластины. Эти поляризаторы более долговечны и могут поляризовать свет намного лучше, чем пластиковая пленка Polaroid, достигая коэффициента поляризации до 100 000: 1 и поглощая правильно поляризованный свет всего 1,5%. ^[5] Такие стеклянные поляризаторы лучше всего работают с длинноволновым инфракрасным светом и широко используются в оптоволоконной связи .

Светоделительные поляризаторы

Поляризаторы , расщепляющие луч, разделяют падающий луч на два луча с различной линейной поляризацией . Для идеального поляризационного светоделителя они должны быть полностью поляризованными, с ортогональной поляризацией. Однако для многих распространенных поляризаторов с расщеплением луча только один из двух выходных лучей полностью поляризован. Другой содержит смесь состояний поляризации.

В отличие от поглощающих поляризаторов, поляризаторам с расщеплением луча не требуется поглощать и рассеивать энергию отклоненного состояния поляризации, поэтому они больше подходят для использования с лучами высокой интенсивности, такими как лазерный свет. Настоящие поляризационные светоделители также полезны в тех случаях, когда необходимо анализировать или использовать две компоненты поляризации одновременно.

Поляризация за счет отражения Френеля

Стопка пластин, расположенных под углом Брюстера к лучу, отражается от части s -поляризованного света на каждой поверхности, оставляя p -поляризованный луч. Для полной поляризации под углом Брюстера требуется гораздо больше пластин, чем показано. Стрелки указывают направление электрического поля, а не магнитного поля, которое перпендикулярно электрическому полю.

Когда свет отражается (за счет отражения Френеля) под углом от границы раздела двух прозрачных материалов, отражательная способность различна для света, поляризованного в плоскости падения , и света, поляризованного перпендикулярно ей. Свет, поляризованный в плоскости, называется p -поляризованным, а свет, поляризованный перпендикулярно ему, — s -поляризованным. Под особым углом, известным как угол Брюстера не отражается p , от поверхности -поляризованный свет, поэтому весь отраженный свет должен быть s -поляризованным, с электрическим полем, перпендикулярным плоскости падения.

Простой линейный поляризатор можно сделать, наклонив стопку стеклянных пластин под углом Брюстера к лучу. Некоторая часть s -поляризованного света отражается от каждой поверхности каждой пластины. Для стопки пластин каждое отражение истощает падающий луч s -поляризованного света, оставляя большую долю p -поляризованного света в прошедшем луче на каждом этапе. Для видимого света в воздухе и обычном стекле угол Брюстера составляет около 57 °, и около 16% s -поляризованного света, присутствующего в луче, отражается при каждом переходе воздух-стекло или стекло-воздух. Чтобы при таком подходе добиться даже посредственной поляризации проходящего луча, требуется много пластин. Для стопки из 10 пластин (20 отражений) около 3% (= (1 − 0,16) ²⁰) s -поляризованного света передается. Отраженный луч, хотя и полностью поляризован, рассредоточен и может оказаться бесполезным.

Более полезный поляризованный луч можно получить, наклонив стопку пластин под более крутым углом к падающему лучу. Как ни странно, использование углов падения, больших угла Брюстера, дает более высокую степень поляризации передаваемого луча за счет снижения общей передачи. Для углов падения более 80° поляризация проходящего луча может приближаться к 100% при использовании всего лишь четырех пластин, хотя передаваемая интенсивность в этом случае очень мала. ^[6] Добавление большего количества пластин и уменьшение угла позволяет достичь лучшего компромисса между передачей и поляризацией.

Поляризатор с проволочной сеткой преобразует неполяризованный луч в луч с одной линейной поляризацией . Цветные стрелки изображают вектор электрического поля. Волны с диагональной поляризацией также вносят вклад в передаваемую поляризацию. Их вертикальные компоненты передаются (показаны), а горизонтальные компоненты поглощаются и отражаются (не показаны).

Поскольку их векторы поляризации зависят от угла падения, поляризаторы, основанные на френелевском отражении, по своей сути имеют тенденцию создавать s – p -поляризацию, а не декартову поляризацию. ^{[ нужны разъяснения ]} что ограничивает их использование в некоторых приложениях.

Двулучепреломляющие поляризаторы

Другие линейные поляризаторы используют свойства двойного лучепреломления таких кристаллов, как кварц и кальцит . В этих кристаллах пучок неполяризованного света, падающий на их поверхность, в результате преломления расщепляется на два луча. Закон Снелла справедлив для обоих этих лучей: обыкновенного , или o -луча, и необыкновенного , или e -луча, причем каждый луч испытывает разный показатель преломления (это называется двойным лучепреломлением). В общем, два луча будут находиться в разных состояниях поляризации, но не в состояниях линейной поляризации, за исключением определенных направлений распространения относительно оси кристалла.

Призма Николя была ранним типом двулучепреломляющего поляризатора, состоящего из кристалла кальцита, который был расколот и воссоединен с канадским бальзамом . Кристалл огранен так, что о- и е -лучи находятся в ортогональных состояниях линейной поляризации. На границе раздела бальзама происходит полное внутреннее отражение рентгеновских лучей , так как в кальците он испытывает больший показатель преломления, чем в бальзаме, и луч отклоняется в сторону кристалла. Электронный . луч, который видит меньший показатель преломления в кальците, проходит через границу раздела без отклонения Призмы Николя производят очень высокую чистоту поляризованного света и широко использовались в микроскопии , хотя в современном использовании они в основном заменены альтернативами, такими как призма Глана-Томпсона , призма Глана-Фуко и призма Глана-Тейлора . Эти призмы не являются настоящими поляризационными светоделителями, поскольку полностью поляризован только передаваемый луч.

Призма Волластона — еще один поляризатор с двойным лучепреломлением, состоящий из двух треугольных кальцитовых призм с ортогональными кристаллическими осями, склеенными вместе. На внутренней границе раздела неполяризованный пучок распадается на два линейно поляризованных луча, которые выходят из призмы под углом расхождения 15–45°. Призмы Рошона и Сенармона похожи, но в них используются разные ориентации оптических осей. Призма Сенармона имеет воздушное пространство, в отличие от призм Волластона и Рошона. Эти призмы действительно разделяют луч на два полностью поляризованных луча с перпендикулярной поляризацией. Призма Номарского — вариант призмы Волластона, которая широко используется в дифференциально-интерференционно-контрастной микроскопии .

Тонкопленочные поляризаторы

Тонкопленочные специальное оптическое покрытие линейные поляризаторы (также известные как TFPN) представляют собой стеклянные подложки, на которые нанесено . Либо угловые отражения Брюстера, либо интерференционные эффекты в пленке заставляют их действовать как поляризаторы, расщепляющие луч. Подложкой для пленки может быть либо пластина, которая вставляется в балку под определенным углом, либо стеклянный клин, который приклеивается ко второму клину, образуя куб, в котором пленка разрезается по диагонали через центр (одна из форм пленки). это очень распространенный кубик МакНила ^[7]).Тонкопленочные поляризаторы обычно не работают так же хорошо, как поляризаторы типа Глана, но они недороги и обеспечивают два луча, которые примерно одинаково хорошо поляризованы. Поляризаторы кубического типа обычно работают лучше, чем пластинчатые поляризаторы. Первые легко спутать с двулучепреломляющими поляризаторами типа Глана.

Поляризаторы на проволочной сетке

Одним из простейших линейных поляризаторов является поляризатор с проволочной сеткой (WGP), который состоит из множества тонких параллельных металлических проволок, расположенных в плоскости. WGP в основном отражают непрошедшую поляризацию и, таким образом, могут использоваться в качестве поляризационных светоделителей. Паразитное поглощение относительно велико по сравнению с большинством диэлектрических поляризаторов, но значительно ниже, чем у абсорбционных поляризаторов.

Электромагнитные волны, часть электрического поля которых ориентирована параллельно проводам, вызывают движение электронов по длине проводов. Поскольку электроны могут свободно двигаться в этом направлении, поляризатор при отражении света ведет себя аналогично поверхности металла , и волна отражается назад вдоль падающего луча (за вычетом небольшого количества энергии, теряемой на джоулев нагрев провод). ^[8]

Для волн с электрическими полями, перпендикулярными проволокам, электроны не могут перемещаться очень далеко по ширине каждой проволоки. Следовательно, отражается мало энергии, и падающая волна может пройти через сетку. В этом случае сетка ведет себя как диэлектрический материал .

В целом, это приводит к тому, что передаваемая волна становится линейно поляризованной , а электрическое поле полностью перпендикулярно проводам. Гипотеза о том, что волны «проскакивают» зазоры между проводами, неверна. ^[8]

Для практических целей расстояние между проводами должно быть меньше длины волны падающего излучения. Кроме того, ширина каждого провода должна быть небольшой по сравнению с расстоянием между проводами. Поэтому относительно легко сконструировать поляризаторы на основе проволочной сетки для микроволнового , дальнего и среднего инфракрасного излучения. Для оптики дальнего инфракрасного диапазона поляризатор может быть даже выполнен в виде отдельно стоящей сетки, полностью без пропускающей оптики. Кроме того, с помощью передовых методов литографии можно также создавать металлические сетки с очень малым шагом (обычно 50–100 нм), что позволяет в достаточной степени поляризовать видимый или инфракрасный свет. Поскольку степень поляризации мало зависит от длины волны и угла падения, они используются для широкополосных приложений, таких как проекция.

Аналитические решения с использованием строгого анализа связанных волн для поляризаторов на проволочной сетке показали, что для компонент электрического поля, перпендикулярных проводам, среда ведет себя как диэлектрик, а для компонент электрического поля, параллельных проводам, среда ведет себя как металл (отражающая). . ^[9]

Закон Малюса и другие свойства

Закон Малюса ( / m ə ˈ l uː s / ), названный в честь Этьена-Луи Малюса что, когда идеальный поляризатор помещается в поляризованный луч света, интенсивность I , гласит , проходящего через него света равна данный

I=I_{0}\cos ^{2}\theta _{i},

где I ₀ — начальная интенсивность, а θ _i — угол между начальным направлением поляризации света и осью поляризатора.

Луч неполяризованного света можно рассматривать как содержащий однородную смесь линейных поляризаций под всеми возможными углами. Поскольку среднее значение $\cos ^{2}\theta$ равен 1/2, коэффициент передачи становится

{\frac {I}{I_{0}}}={\frac {1}{2}}.

На практике некоторая часть света теряется в поляризаторе, и фактическое пропускание будет несколько ниже этого значения, около 38% для поляризаторов типа Polaroid, но значительно выше (>49,9%) для некоторых типов двулучепреломляющих призм.

Если два поляризатора расположены один за другим (второй поляризатор обычно называют анализатором ) , взаимный угол между их поляризационными осями дает значение θ в законе Малюса. Если две оси ортогональны, поляризаторы пересекаются , и теоретически свет не передается, хотя, опять же, практически, ни один поляризатор не идеален, и пропускание не совсем равно нулю (например, скрещенные листы Polaroid кажутся слегка синими по цвету, потому что их коэффициент затухания лучше в красном). Если между скрещенными поляризаторами поместить прозрачный объект, любые эффекты поляризации, присутствующие в образце (например, двойное лучепреломление), будут проявляться как увеличение пропускания. Этот эффект используется в поляриметрии для измерения оптической активности образца.

Реальные поляризаторы также не являются идеальными блокаторами поляризации, ортогональной их оси поляризации; соотношение пропускания нежелательного компонента к полезному компоненту называется коэффициентом затухания и варьируется от примерно 1:500 для Polaroid до примерно 1:10. ⁶ для поляризаторов призмы Глана – Тейлора .

В рентгеновских лучах закон Малюса ( релятивистская форма):

I=I_{0}{\frac {f}{f}}_{0}\left[1+{\frac {\lambda (f_{0}-f)}{2c}}\right]\cos ^{2}\theta _{i}

где $f_{0}$ – частота поляризованного излучения, падающего на поляризатор, $f$ – частота излучения проходит через поляризатор, $\lambda$ – Комптоновская длина волны электрона, $c$ – скорость света в вакууме. ^[10]

Круглые поляризаторы

Круговые поляризаторы ( CPL или фильтры с круговой поляризацией ) можно использовать для создания света с круговой поляризацией по часовой стрелке и против часовой стрелки или, альтернативно, для избирательного поглощения или пропускания света с круговой поляризацией .Они используются в фотографии в качестве поляризационных фильтров для уменьшения косых отражений от неметаллических поверхностей, а также являются линзами 3D-очков, которые носят для просмотра некоторых стереоскопических фильмов (в частности, разновидности RealD 3D ), где поляризация света используется для различения какое изображение должен видеть левый и правый глаз.

Создание циркулярно поляризованного света

Существует несколько способов создания света с круговой поляризацией. Самый дешевый и наиболее распространенный предполагает размещение четвертьволновой пластинки после линейного поляризатора и направление неполяризованного света через линейный поляризатор. Линейно поляризованный свет, выходящий из линейного поляризатора, преобразуется четвертьволновой пластинкой в свет с круговой поляризацией.Ось передачи линейного поляризатора должна находиться посередине (45°) между быстрой и медленной осями четвертьволновой пластинки.

В приведенной выше схеме ось пропускания линейного поляризатора находится под положительным углом 45° относительно правой горизонтали и обозначена оранжевой линией. Четвертьволновая пластинка имеет горизонтальную медленную ось и вертикальную быструю ось, они также представлены оранжевыми линиями. В этом случае неполяризованный свет, попадающий в линейный поляризатор, отображается как одна волна, амплитуда и угол линейной поляризации которой внезапно меняются.

Когда кто-то пытается пропустить неполяризованный свет через линейный поляризатор, только свет, электрическое поле которого находится под положительным углом 45 °, покидает линейный поляризатор и попадает на четвертьволновую пластинку. На иллюстрации три представленные длины волн неполяризованного света будут преобразованы в три длины волн линейно поляризованного света на другой стороне линейного поляризатора.

На иллюстрации справа показано электрическое поле линейно поляризованного света непосредственно перед тем, как он попадает на четвертьволновую пластинку. Красная линия и связанные с ней векторы поля показывают, как величина и направление электрического поля изменяются в направлении движения. Для этой плоской электромагнитной волны каждый вектор представляет величину и направление электрического поля для всей плоскости, перпендикулярной направлению движения. (Чтобы лучше понять это, обратитесь к этим двум изображениям в статье о плоских волнах.)

Свет и все другие электромагнитные волны имеют магнитное поле , которое находится в фазе и перпендикулярно электрическому полю, показанному на этих иллюстрациях.

Чтобы понять влияние четвертьволновой пластинки на линейно поляризованный свет, полезно представить свет как разделенный на две компоненты , расположенные под прямым углом ( ортогонально ) друг к другу. С этой целью синяя и зеленая линии представляют собой проекции красной линии на вертикальную и горизонтальную плоскости соответственно и показывают, как электрическое поле изменяется в направлении этих двух плоскостей. Оба компонента имеют одинаковую амплитуду и находятся в фазе.

Поскольку четвертьволновая пластинка изготовлена из материала с двойным лучепреломлением , свет в волновой пластинке распространяется с разной скоростью в зависимости от направления его электрического поля. Это означает, что горизонтальная составляющая, расположенная вдоль медленной оси волновой пластинки, будет двигаться с меньшей скоростью, чем составляющая, направленная вдоль вертикальной быстрой оси. Первоначально эти два компонента находятся в фазе, но по мере того, как два компонента проходят через волновую пластинку, горизонтальный компонент света отстает от вертикального. Регулируя толщину волновой пластинки, можно контролировать, насколько горизонтальная составляющая задерживается относительно вертикальной, прежде чем свет покинет волновую пластинку и они снова начнут двигаться с той же скоростью. Когда свет покидает четвертьволновую пластинку, правая горизонтальная составляющая будет отставать ровно на четверть длины волны от вертикальной составляющей, что делает свет левоциркулярно поляризованным, если смотреть со стороны приемника. ^[11]

Вверху иллюстрации справа изображен свет с круговой поляризацией после того, как он покинул волновую пластинку. Прямо под ним, для сравнения, находится линейно поляризованный свет, попавший на четвертьволновую пластинку. На верхнем изображении, поскольку это плоская волна, каждый вектор, идущий от оси к спирали, представляет величину и направление электрического поля для всей плоскости, перпендикулярной направлению движения. Все векторы электрического поля имеют одинаковую величину, что указывает на то, что напряженность электрического поля не меняется. Однако направление электрического поля постоянно меняется.

Синяя и зеленая линии представляют собой проекции спирали на вертикальную и горизонтальную плоскости соответственно и показывают, как электрическое поле изменяется в направлении этих двух плоскостей. Обратите внимание, что правая горизонтальная составляющая теперь отстает от вертикальной на четверть длины волны. Именно на эту четверть длины волны фазовый сдвиг приводит к вращательному характеру электрического поля. Когда величина одного компонента максимальна, величина другого компонента всегда равна нулю. По этой причине существуют спиральные векторы, которые точно соответствуют максимумам двух компонентов.

Анимация света с круговой поляризацией, поляризованного слева/против часовой стрелки (слева, если смотреть со стороны приемника) ^[11])

В только что процитированном примере, используя соглашение о полярности, используемое во многих учебниках по оптике, свет считается левосторонним/против часовой стрелки с круговой поляризацией. Что касается сопровождающей анимации, она считается левосторонней, потому что, если кто-то укажет большим пальцем левой руки против направления движения, его пальцы сгибаются в направлении вращения электрического поля, когда волна проходит заданную точку в пространстве. Спираль также образует левую спираль в пространстве. Точно так же этот свет считается поляризованным по кругу против часовой стрелки, потому что, если неподвижный наблюдатель смотрит против направления движения, человек будет наблюдать, как его электрическое поле вращается в направлении против часовой стрелки, когда волна проходит заданную точку в пространстве. ^[11]

Чтобы создать правосторонний свет с круговой поляризацией по часовой стрелке, нужно просто повернуть ось четвертьволновой пластинки на 90 ° относительно линейного поляризатора. Это меняет местами быструю и медленную оси волновой пластины относительно оси передачи линейного поляризатора, меняя местами, какой компонент опережает, а какой отстает.

Пытаясь понять, как четвертьволновая пластинка преобразует линейно поляризованный свет, важно понимать, что два обсуждаемых компонента не являются сущностями сами по себе, а являются просто мысленными конструкциями, которые можно использовать, чтобы помочь понять, что происходит. В случае линейно и циркулярно поляризованного света в каждой точке пространства всегда существует единственное электрическое поле с определенным векторным направлением, четвертьволновая пластинка просто преобразует это единственное электрическое поле.

Поглощение и пропускание света с круговой поляризацией.

Круговые поляризаторы также можно использовать для избирательного поглощения или пропускания правостороннего или левостороннего света с круговой поляризацией. Именно эта функция используется 3D-очками в стереоскопических кинотеатрах, таких как RealD Cinema . Данный поляризатор, который создает одну из двух поляризаций света, будет пропускать ту же самую поляризацию света, когда этот свет проходит через него в другом направлении. Напротив, он будет блокировать свет противоположной поляризации.

Иллюстрация выше идентична предыдущей аналогичной, за исключением того, что левополяризованный по кругу свет теперь приближается к поляризатору с противоположного направления, а линейно поляризованный свет выходит из поляризатора вправо.

Прежде всего отметим, что четвертьволновая пластинка всегда преобразует свет с круговой поляризацией в свет с линейной поляризацией. Только результирующий угол поляризации линейно поляризованного света определяется ориентацией быстрой и медленной осей четвертьволновой пластинки и направлением циркулярно поляризованного света. На иллюстрации левополяризованный по кругу свет, попадающий в поляризатор, преобразуется в линейно поляризованный свет, направление поляризации которого совпадает с осью пропускания линейного поляризатора, и поэтому он проходит. Напротив, правосторонний свет с круговой поляризацией был бы преобразован в линейно поляризованный свет, направление поляризации которого было бы вдоль оси поглощения линейного поляризатора, которая находится под прямым углом к оси передачи, и поэтому он был бы заблокирован.

Чтобы понять этот процесс, обратитесь к иллюстрации справа. Это абсолютно идентично предыдущей иллюстрации, хотя теперь считается, что свет с круговой поляризацией вверху приближается к поляризатору слева. На иллюстрации можно заметить, что левая горизонтальная составляющая (если смотреть по направлению движения) опережает вертикальную составляющую и что, когда горизонтальная составляющая отстает на четверть длины волны, она преобразуется в линейно поляризованный свет, показанный на рисунке. внизу и пройдет через линейный поляризатор.

Существует относительно простой способ понять, почему поляризатор, который создает заданную направленность циркулярно поляризованного света, также пропускает ту же направленность поляризованного света. Во-первых, учитывая двойную полезность этого изображения, начните с представления света с круговой поляризацией, показанного вверху, все еще покидающего четвертьволновую пластинку и движущегося влево. Обратите внимание: если бы горизонтальная составляющая линейно поляризованного света была дважды задержана на четверть длины волны, что составило бы полную половину длины волны, в результате получился бы линейно поляризованный свет, находящийся под прямым углом к входящему свету. Если бы такой ортогонально поляризованный свет повернуть в горизонтальной плоскости и направить обратно через секцию линейного поляризатора кругового поляризатора, он бы явно прошел сквозь него, учитывая его ориентацию. Теперь представьте себе свет с круговой поляризацией, который уже один раз прошел через четвертьволновую пластинку, развернулся и снова направился обратно к круговому поляризатору. Пусть свет с круговой поляризацией, показанный вверху, теперь представляет этот свет. Такой свет будет проходить через четвертьволновую пластинку во второй раз, прежде чем достигнет линейного поляризатора, и при этом его горизонтальная составляющая будет задерживаться во второй раз на четверть длины волны. Независимо от того, задерживается ли этот горизонтальный компонент на одну четверть длины волны в два отдельных этапа или задерживается на полную половину длины волны одновременно, ориентация результирующего линейно поляризованного света будет такой, что он пройдет через линейный поляризатор.

Если бы это был правосторонний свет с круговой поляризацией по часовой стрелке, приближающийся к круговому поляризатору слева, его горизонтальная составляющая также была бы запаздывающей, однако результирующий линейно поляризованный свет был бы поляризован вдоль поглощающей оси линейного поляризатора и не прошли.

Чтобы создать круговой поляризатор, который вместо этого пропускает правополяризованный свет и поглощает левосторонний свет, снова поворачивают волновую пластину и линейный поляризатор на 90 ° относительно друг друга. Легко понять, что, меняя местами положения передающей и поглощающей осей линейного поляризатора относительно четвертьволновой пластинки, изменяется, какая направленность поляризованного света передается, а какая поглощается.

Однородный круговой поляризатор

Однородный круговой поляризатор пропускает одну сторону круговой поляризации без изменений и блокирует другую сторону. Это похоже на то, как линейный поляризатор полностью пропускает один угол линейно поляризованного света без изменений, но полностью блокирует любой линейно поляризованный свет, ортогональный ему.

Однородный круговой поляризатор можно создать, поместив линейный поляризатор между двумя четвертьволновыми пластинами. ^[12] В частности, мы берем описанный ранее круговой поляризатор, который преобразует свет с круговой поляризацией в линейно поляризованный свет, и добавляем к нему вторую четвертьволновую пластинку, повернутую на 90° относительно первой.

Вообще говоря, не делая прямой ссылки на приведенную выше иллюстрацию, когда любая из двух поляризаций циркулярно поляризованного света входит в первую четвертьволновую пластинку, один из пары ортогональных компонентов запаздывает на одну четверть длины волны относительно другого. . Это создает одну из двух линейных поляризаций в зависимости от направленности циркулярно поляризованного света. Линейный поляризатор, зажатый между четвертьволновыми пластинами, ориентирован так, что он пропускает одну линейную поляризацию и блокирует другую. Затем вторая четвертьволновая пластина принимает проходящий линейно поляризованный свет и задерживает ортогональную составляющую, которая не была задержана предыдущей четвертьволновой пластиной. Это возвращает два компонента в исходное фазовое соотношение, восстанавливая выбранную круговую поляризацию.

Обратите внимание, что не имеет значения, в каком направлении проходит свет с круговой поляризацией.

Фильтры с круговой и линейной поляризацией для фотографии.

Линейные поляризационные фильтры были первыми типами, которые использовались в фотографии, и до сих пор могут использоваться в незеркальных и старых однообъективных зеркальных камерах (SLR). Однако камеры со сквозным замером экспозиции (TTL) и системами автофокусировки , то есть все современные SLR и DSLR , полагаются на оптические элементы, пропускающие линейно поляризованный свет. Если свет, попадающий в камеру, уже линейно поляризован, это может нарушить работу систем экспозиции или автофокусировки. Фильтры с круговой поляризацией отсекают линейно поляризованный свет и поэтому могут использоваться для затемнения неба, улучшения насыщенности и удаления отражений, но пропускаемый им свет с круговой поляризацией не ухудшает работу систем, проходящих через линзу. ^[13]

См. также

Фотоупругий модулятор - волновая пластинка, которая может быстро переключать быстрые и медленные оси и, таким образом, создавать быстро чередующуюся левую и правую круговую поляризацию. Обычно они работают в ультразвуковом диапазоне.
Ромб Френеля – еще один способ получения света с круговой поляризацией; здесь не используется волновая пластина
Крест вымирания
Сфера Пуанкаре (оптика)
Эдвин Лэнд
Полярископ
Поляризованный световой микроскоп
Геометрическая фазовая линза

Ссылки

^ Вольф, Марк Дж. П. (2008). Взрыв видеоигр: история от PONG до PlayStation и не только . АВС-КЛИО. п. 315. ИСБН 978-0313338687 .
^ Йонсен, Зёнке (2012). Оптика жизни: Руководство биолога по свету в природе . Принстонский университет. Нажимать. стр. 207–208. ISBN 978-0691139913 .
^ Басу, Дипак (2000). Словарь чистой и прикладной физики . ЦРК Пресс. стр. 142–143. ISBN 1420050222 .
^ Госвик, Челль Дж. (2003). Оптическая метрология (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 219–221. ISBN 0470846704 .
^ «Стеклянные поляризаторы Polarcor: Информация о продукте» (PDF) . Corning.com . Декабрь 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 12 октября 2007 г. Проверено 8 августа 2008 г.
^ Коллетт, Эдвард. Полевое руководство по поляризации , SPIE Field Guides vol. ФГ05 , ШПИЭ (2005) ISBN 0-8194-5868-6 .
^ Патент США 2 403 731 , Стивен М. МакНил, «Светоделитель», выдан 4 июня 1946 г.
^ Jump up to: ^а ^б Хехт, Юджин. Оптика , 2-е изд., Аддисон Уэсли (1990). ISBN 0-201-11609-X . Глава 8.
^ Ю, XJ; Квок, HS (2003). «Оптические поляризаторы с проволочной сеткой под косыми углами падения» (PDF) . Журнал прикладной физики . 93 (8): 4407. Бибкод : 2003JAP....93.4407Y . дои : 10.1063/1.1559937 . ISSN 0021-8979 . S2CID 13921545 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 декабря 2019 г.
^ А.Н. Волобуев (2013). Взаимодействие электромагнитного поля с веществом . Нью-Йорк: Nova Science Publishers, Inc. ISBN 978-1-62618-348-3 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Обратитесь к часто упоминаемому разделу статьи «Круговая поляризация», где обсуждается ручность. Левша/Правша
^ Басс М (1995) Справочник по оптике , второе издание, Том. 2, гл. 22.19, МакГроу-Хилл, ISBN 0-07-047974-7
^ Анг, Том (2008). Основы современной фотографии. Октопус Паблишинг Груп Лимитед. стр168. ISBN 978-1-84533-2310 .

Дальнейшее чтение

Клигер, Дэвид С. Поляризованный свет в оптике и спектроскопии , Academic Press (1990), ISBN 0-12-414975-8
Манн, Джеймс. « Остин Вуд Комароу : картины в поляризованном свете», Wasabi Publishing (2005), ISBN 978-0976819806

Внешние ссылки

СМИ, связанные с поляризацией, на Викискладе?

[Wolf-1] Вольф, Марк Дж. П. (2008). Взрыв видеоигр: история от PONG до PlayStation и не только . АВС-КЛИО. п. 315. ИСБН 978-0313338687 .

[Johnsen-2] Йонсен, Зёнке (2012). Оптика жизни: Руководство биолога по свету в природе . Принстонский университет. Нажимать. стр. 207–208. ISBN 978-0691139913 .

[Basu-3] Басу, Дипак (2000). Словарь чистой и прикладной физики . ЦРК Пресс. стр. 142–143. ISBN 1420050222 .

[Gåsvik-4] Госвик, Челль Дж. (2003). Оптическая метрология (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья. стр. 219–221. ISBN 0470846704 .

[5] «Стеклянные поляризаторы Polarcor: Информация о продукте» (PDF) . Corning.com . Декабрь 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 12 октября 2007 г. Проверено 8 августа 2008 г.

[6] Коллетт, Эдвард. Полевое руководство по поляризации , SPIE Field Guides vol. ФГ05 , ШПИЭ (2005) ISBN 0-8194-5868-6 .

[7] Патент США 2 403 731 , Стивен М. МакНил, «Светоделитель», выдан 4 июня 1946 г.

[polz_abs-8] Jump up to: ^а ^б Хехт, Юджин. Оптика , 2-е изд., Аддисон Уэсли (1990). ISBN 0-201-11609-X . Глава 8.

[YuKwok2003-9] Ю, XJ; Квок, HS (2003). «Оптические поляризаторы с проволочной сеткой под косыми углами падения» (PDF) . Журнал прикладной физики . 93 (8): 4407. Бибкод : 2003JAP....93.4407Y . дои : 10.1063/1.1559937 . ISSN 0021-8979 . S2CID 13921545 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 декабря 2019 г.

[Volobuev-10] А.Н. Волобуев (2013). Взаимодействие электромагнитного поля с веществом . Нью-Йорк: Nova Science Publishers, Inc. ISBN 978-1-62618-348-3 .

[handedness-11] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час Обратитесь к часто упоминаемому разделу статьи «Круговая поляризация», где обсуждается ручность. Левша/Правша

[Handbook_of_Optics_V2_Ch22.19-12] Басс М (1995) Справочник по оптике , второе издание, Том. 2, гл. 22.19, МакГроу-Хилл, ISBN 0-07-047974-7

[Ang-13] Анг, Том (2008). Основы современной фотографии. Октопус Паблишинг Груп Лимитед. стр168. ISBN 978-1-84533-2310 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]