Polarisator

Ein polarisierender Filter schneidet die Reflexionen (oben) ab und ermöglicht es, den Fotografen ungefähr durch das Glas zu sehen Brewsters Winkel Obwohl Reflexionen vom hinteren Fenster des Autos nicht geschnitten werden, weil sie laut dem weniger sticht polarisiert sind Fresnel -Gleichungen.

A Polarisator oder Polarisator ist ein Optischer Filter das lässt hell Wellen eines bestimmten Polarisation durchgehen, während Blockierung hell Wellen anderer Polarisationen.^[1][2][3][4] Es kann einen Lichtstrahl von undefinierter oder gemischter Polarisation in einen Strahl der gut definierten Polarisation filtern, dh polarisiertes Licht. Die gängigen Arten von Polarisatoren sind lineare Polarisatoren und kreisförmige Polarisatoren. Polarisatoren werden in vielen verwendet optisch Techniken und Instrumente, und Polarisierungsfilter Anwendungen finden in Fotografie und LCD Technologie. Polarisatoren können auch für andere Arten von gemacht werden Elektromagnetische Wellen neben sichtbarem Licht, wie z. Radiowellen, Mikrowellen, und Röntgenaufnahmen.

Lineare Polarisatoren

Lineare Polarisatoren kann in zwei allgemeine Kategorien unterteilt werden: absorbierende Polarisatoren, wo die unerwünschten Polarisationszustände sind absorbiert durch das Gerät und Strahlspaltpolarisatoren, wobei der unpolarisierte Strahl in zwei Strahlen mit entgegengesetzten Polarisationszuständen aufgeteilt wird. Polarisatoren, die die gleichen Polarisationsachsen mit unterschiedlichen Inzidenzwinkeln aufrechterhalten^{[Klarstellung erforderlich]} werden oft genannt Kartesische PolarisatorenDa die Polarisationsvektoren mit einfach beschrieben werden können Kartesischen Koordinaten (zum Beispiel horizontal gegen vertikal) unabhängig von der Ausrichtung der Polarisatoroberfläche. Wenn die beiden Polarisationszustände relativ zur Richtung einer Oberfläche sind (normalerweise bei Fresnel Reflection), werden sie normalerweise bezeichnet s und p. Diese Unterscheidung zwischen kartesisch und s–p Die Polarisation kann in vielen Fällen vernachlässigbar sein, wird jedoch erheblich, um einen hohen Kontrast und mit Weitwinkelverbreitung des einfallenden Lichts zu erreichen.

Absorptionspolarisatoren

Sicher Kristalle, aufgrund der Effekte beschrieben von Kristalloptik, Show Dichroismus, bevorzugte Absorption von Licht, das in bestimmten Richtungen polarisiert wird. Sie können daher als lineare Polarisatoren verwendet werden. Der bekannteste Kristall dieses Typs ist Turmalin. Dieser Kristall wird jedoch selten als Polarisator verwendet, da der dichroische Effekt stark wellenlängenabhängig ist und der Kristall gefärbt erscheint. Herapathit ist auch dichroisch und nicht stark gefärbt, ist aber schwer in großen Kristallen zu wachsen.

A Polaroid Polarisierende Filterfunktionen ähnlich auf einer atomaren Skala zum Drahtnetzpolarisator. Es bestand ursprünglich aus mikroskopischem Herapathitkristallen. Sein Strom H-Scheibe Form ist hergestellt aus Polyvinylalkohol (PVA) Plastik mit einem Jod Doping. Durch das Dehnen des Blattes während der Herstellung werden die PVA -Ketten in eine bestimmte Richtung ausgerichtet. Valenzelektronen Aus dem Jod -Dotiermittel können sich linear entlang der Polymerketten bewegen, aber nicht transversal zu ihnen. So wird einfallendes Licht polarisiert parallel zu den Ketten vom Blatt absorbiert; Leichte polarisierte senkrecht zu den Ketten werden übertragen. Die Haltbarkeit und Praktikabilität von Polaroid macht es zum Beispiel zum häufigsten Polarisatortyp, zum Beispiel für Sonnenbrille, fotografische Filter, und Flüssigkristallanzeigen. Es ist auch viel billiger als andere Polarisatortypen.

Eine moderne Art von Absorptionspolarisator besteht aus länger Silbernano-Partikel in dünne (≤ 0,5 mm) Glasplatten eingebettet. Diese Polarisatoren sind haltbarer und können Licht viel besser polarisieren als Plastikpolaroidfilm, wodurch Polarisationsverhältnisse bis zu 100.000: 1 und die Absorption von korrekt polarisiertem Licht von nur 1,5%erreicht werden.^[5] Solche Glaspolarisatoren funktionieren am besten für Kurzwellenlänge Infrarot Licht und werden in großem Umfang verwendet in Glasfaserkommunikation.

Strahlspaltpolarisatoren

Strahlspaltung Polarisatoren teilen den einfallenden Strahl in zwei unterschiedliche Strahlen unterteilt Lineare Polarisation. Für einen idealen polarisierenden Strahlsplitter wären diese mit orthogonalen Polarisationen vollständig polarisiert. Für viele übliche Strahlspaltpolarisatoren ist jedoch nur einer der beiden Ausgangsstrahlen vollständig polarisiert. Der andere enthält eine Mischung von Polarisationszuständen.

Im Gegensatz zu absorbierenden Polarisatoren müssen die Strahlspaltpolarisatoren nicht die Energie des abgeleheten Polarisationszustands absorbieren und auflösen, und sind daher besser geeignet für die Verwendung mit hohen Intensitätsstrahlen wie z. Laser- hell. Echte polarisierende Beamsplitter sind auch nützlich, wenn die beiden Polarisationskomponenten gleichzeitig analysiert oder verwendet werden sollen.

Polarisation durch Fresnel -Reflexion

Ein Stapel Teller bei Brewsters Winkel zu einem Strahl reflektiert einen Bruchteil der s-Polarisiertes Licht an jeder Oberfläche, hinterlässt a p-Polarisierter Strahl. Die vollständige Polarisation im Winkel von Brewster erfordert viel mehr Platten als gezeigt. Die Pfeile geben die Richtung des elektrischen Feldes an, nicht das Magnetfeld, das senkrecht zum elektrischen Feld ist

Wenn das Licht (durch Fresnel -Reflexion) in einem Winkel von einer Grenzfläche zwischen zwei transparenten Materialien reflektiert wird, unterscheidet sich das Reflexionsvermögen für Licht, das in der in der Licht polarisiert ist Inzidenzebene und leichte polarisierte senkrechte. Licht polarisiert im Flugzeug soll sein p-Polarisiert, während dieser polarisierte senkrecht dazu ist s-Polarisiert. In einem speziellen Winkel bekannt als Brewsters Winkel, nein p-Polarisiertes Licht wird von der Oberfläche reflektiert, daher muss alles reflektiertes Licht sein s-Polarisiert, mit einem elektrischen Feld senkrecht zur Inzidenzebene.

Ein einfacher linearer Polarisator kann hergestellt werden, indem ein Stapel Glasplatten in Brewsters Winkel zum Balken kippt. Manche der s-Polarisiertes Licht wird von jeder Oberfläche jeder Platte reflektiert. Für einen Stapel von Platten erschreckt jede Reflexion den einfallenden Strahl von s-Polarisiertes Licht und einen größeren Bruchteil von p-Polarisiertes Licht im übertragenen Strahl in jeder Stufe. Für sichtbares Licht in Luft und typischem Glas beträgt Brewsters Winkel etwa 57 ° und etwa 16% der s-Polarisiert im Strahl vorhanden wird für jeden Luft-zu-Glas- oder Glas-zu-Luft-Übergang reflektiert. Es braucht viele Platten, um mit diesem Ansatz eine mittelmäßige Polarisation des übertragenen Strahls zu erreichen. Für einen Stapel von 10 Platten (20 Reflexionen), etwa 3% (= (1 - 0,16)²⁰) des s-Polarisiertes Licht wird übertragen. Der reflektierte Strahl ist zwar vollständig polarisiert, ist ausgebreitet und ist möglicherweise nicht sehr nützlich.

Ein nützlicherer polarisierter Strahl kann durch Kippen des Plattenhaufens in einem steileren Winkel zum einfallenden Strahl erhalten werden. Gegenintuitiv, indem es in Einfallwinkeln größer ist als Brewsters Winkel einen höheren Polarisationsgrad der übertragen Strahl auf Kosten einer verringerten Gesamtübertragung. Bei Inzidenzwinkeln kann sich die Polarisation des übertragenen Strahls 100% mit nur vier Platten 100% nähern, obwohl die übertragene Intensität in diesem Fall sehr niedrig ist.^[6] Das Hinzufügen von mehr Platten und Reduzierung des Winkels ermöglicht ein besserer Kompromiss zwischen Übertragung und Polarisation.

Ein Drahtnetzpolarisator wandelt eine um unpolarisiert mit einem einzigen in eins in eins strahlen Lineare Polarisation. Farbige Pfeile zeigen den elektrischen Feldvektor. Die diagonal polarisierten Wellen tragen ebenfalls zur übertragenen Polarisation bei. Ihre vertikalen Komponenten werden übertragen (gezeigt), während die horizontalen Komponenten absorbiert und reflektiert werden (nicht gezeigt).

Da ihre Polarisationsvektoren vom Inzidenzwinkel abhängen, neigen Polarisatoren, die auf der Fresnel -Reflexion basieren s–p Polarisation anstelle der kartesischen Polarisation^{[Klarstellung erforderlich]}, was ihre Verwendung in einigen Anwendungen einschränkt.

Doppelbrechende Polarisatoren

Andere lineare Polarisatoren nutzen die doppelbrechend Eigenschaften von Kristallen wie z. Quarz und Calcit. In diesen Kristallen wird ein Strahl von unpolarisiertem Licht, der auf ihrer Oberfläche fällt Brechung in zwei Strahlen. Snells Gesetz gilt für beide Strahlen, die gewöhnliche oder o-Ray und die außerordentlich oder e-Ray, wobei jeder Strahl einen anderen Brechungsindex erlebt (dies wird als doppelte Brechung bezeichnet). Im Allgemeinen befinden sich die beiden Strahlen in verschiedenen Polarisationszuständen, wenn auch nicht in linearen Polarisationszuständen, mit Ausnahme bestimmter Ausbreitungsrichtungen im Vergleich zur Kristallachse.

A Nicol Prism

A Nicol Prism war eine frühe Art von doppelbrechendem Polarisator, der aus einem Calcitkristall besteht, der gespalten und wieder angeschlossen ist Kanada Balsam. Der Kristall wird so geschnitten, dass die o- und e-Rays sind in orthogonalen linearen Polarisationszuständen. Gesamtin interne Reflexion des o-Ray tritt an der Balsam -Grenzfläche auf, da es einen größeren Brechungsindex in Calcit als in der Balsam erfährt und der Strahl an die Seite des Kristalls abgelenkt wird. Das e-Ray, bei dem ein kleinerer Brechungsindex im Calcit sieht, wird ohne Ablenkung durch die Grenzfläche übertragen. Nicol -Prismen produzieren eine sehr hohe Reinheit von polarisiertem Licht und wurden ausgiebig in verwendet Mikroskopie, obwohl sie in der modernen Verwendung hauptsächlich durch Alternativen wie die ersetzt wurden Glan -Thompson Prisma, Glan -Foucault -Prisma, und Glan -Taylor Prisma. Diese Prismen sind keine wahren polarisierenden Strahlsplitter, da nur der übertragene Strahl vollständig polarisiert ist.

A Wollaston Prism

A Wollaston Prism ist ein weiterer doppelbrechender Polarisator, der aus zwei dreieckigen Calcit -Prismen mit orthogonalen Kristallachsen besteht, die zusammen zementiert sind. An der internen Grenzfläche teilt sich ein unpolarisierter Strahl in zwei linear polarisierte Strahlen auf, die das Prisma in einem Divergenzwinkel von 15 ° –45 ° lassen. Das Rochon und Sénarmont Prismen sind ähnlich, verwenden jedoch unterschiedliche optische Achsenorientierungen in den beiden Prismen. Das Sénarmont -Prisma ist im Gegensatz zum Wollaston- und Rochon -Prismen luftabreichend. Diese Prismen teilen den Strahl wirklich in zwei vollständig polarisierte Strahlen mit senkrechten Polarisationen auf. Das Nomarski Prism ist eine Variante des Wollaston Prism Differentialinterferenzkontrastmikroskopie.

Dünnfilm Polarisatoren

Dünner Film Lineare Polarisatoren (auch als TFPN bekannt) sind Glassubstrate, auf denen ein Special optische Beschichtung wird angewandt. Entweder Brewsters Winkelreflexionen oder Interferenz Auswirkungen im Film veranlassen sie als Strahlspaltpolarisatoren. Das Substrat für den Film kann entweder eine Platte sein, die in einem bestimmten Winkel in den Strahl eingeführt wird, oder ein Glaskeil, der zu einem zweiten Keil zementiert ist, um einen Würfel zu bilden, wobei der Film diagonal über die Mitte schneidet (eine Form von Dies ist der sehr gemeinsame MacNeille -Würfel^[7]). Dünnfilmpolarisatoren sind im Allgemeinen nicht so gut wie Glan-Polarisatoren, sie sind jedoch kostengünstig und bieten zwei Strahlen, die ungefähr gleich gut polarisiert sind. Die Polarisatoren vom Würfel-Typ sind im Allgemeinen besser als die Plattenpolarisatoren. Erstere sind leicht mit Glan-doppelbrechenden Polarisatoren verwechselt.

Drahtnetzpolarisatoren

Einer der einfachsten linearen Polarisatoren ist die Drahtnetzpolarisator (WGP), das aus vielen feinen parallelen Metallkabel besteht, die in einer Ebene platziert sind. WGPs spiegeln hauptsächlich die nicht übertragene Polarisation wider und können somit als polarisierende Strahlteiler verwendet werden. Die parasitäre Absorption ist im Vergleich zu den meisten dielektrischen Polarisatoren relativ hoch, wenn auch bei absorbierenden Polarisatoren.

Elektromagnetische Wellen, die einen Bestandteil ihrer haben elektrische Felder Parallel zu den Drähten ausgerichtet werden die Bewegung von induzieren Elektronen entlang der Länge der Drähte. Da sich die Elektronen frei in diese Richtung bewegen können, verhält sich der Polarisator ähnlich wie die Oberfläche von a Metall Wenn das Licht reflektiert wird, und die Welle entlang des einfallenden Strahls nach hinten reflektiert werden (abzüglich einer kleinen Menge an Energie verloren an Joule Heizung des Drahtes).^[8]

Bei Wellen mit elektrischen Feldern senkrecht zu den Drähten können sich die Elektronen nicht weit über die Breite jedes Drahtes bewegen. Daher wird wenig Energie reflektiert und die einfallende Welle kann durch das Netz gehen. In diesem Fall verhält sich das Netz wie a dielektrisches Material.

Insgesamt verursacht dies die übertragene Welle linear polarisiert mit einem elektrischen Feld vollständig senkrecht zu den Drähten. Die Hypothese, dass die Wellen durch die Lücken zwischen den Drähten "durchlaufen", ist falsch.^[8]

Für praktische Zwecke muss die Trennung zwischen Drähten geringer sein als die Wellenlänge der Vorfallstrahlung. Zusätzlich sollte die Breite jedes Drahtes im Vergleich zum Abstand zwischen Drähten gering sein. Daher ist es relativ einfach, Drahtnetzpolarisatoren zu konstruieren Mikrowellen, weit-Infrarotund mittel-Infrarot Strahlung. Für weitinfrarotische Optik kann der Polarisator sogar als freistehendes Netz, vollständig ohne übertragende Optik hergestellt werden. Darüber hinaus fortgeschritten lithografisch Techniken können auch sehr enge Metallgitter (Typ. 50‒100 nm) aufbauen, was die Polarisation von sichtbarem oder Infrarotlicht in einem nützlichen Ausmaß ermöglicht. Seit der Polarisationsgrad Hängt wenig von der Wellenlänge und dem Inzidenzwinkel ab, sie werden für Breitbandanwendungen wie Projektion verwendet.

Analytische Lösungen verwenden Strenge Analyse der gekoppelten Welle Für Drahtgitterpolarisatoren haben sich gezeigt, dass sich das Medium für elektrische Feldkomponenten senkrecht zu den Drähten verhält, und für elektrische Feldkomponenten parallel zu den Drähten verhält sich das Medium wie ein Metall (reflektierend).^[9]

Malus 'Gesetz und andere Eigenschaften

Malus 'Gesetz wo θ₁ − θ₀ = θ_i.

Malus 'Gesetzdemonstration. Kein Licht kann durch ein Paar gekreuzter polarisierender Filter gelangen, aber wenn ein dritter Filter zwischen ihnen mit seiner Achse nicht parallel zu einem einer einer beiden Filter eingefügt wird, kann etwas Licht passieren.

Malus 'Gesetz (/məˈluːs/), was nach benannt ist Étienne-Louis Malus, sagt, wenn ein perfekter Polarisator in einen polarisierten Lichtstrahl platziert wird, die Bestrahlung, I, des Lichts, das durchgeht, wird gegeben von

${\ displayStyle i = i_ {0} \ cos ^{2} \ theta _ {i},},},}$

wo I₀ ist die anfängliche Intensität und θ_i ist der Winkel zwischen der anfänglichen Polarisationsrichtung des Lichts und der Achse des Polarisators.

Ein Strahl von unpolarisiertem Licht kann als ein gleichmäßiges Gemisch von linearen Polarisationen in allen möglichen Winkeln angesehen werden. Da der Durchschnittswert von ${\ displaystyle \ cos ^{2} \ theta}$ IS 1/2, der Übertragungskoeffizient wird

${\ displaystyle {\ frac {i} {i_ {0}}} = {\ frac {1} {2}}.}$

In der Praxis geht im Polarisator etwas Licht verloren und das tatsächliche Übertragung wird etwas niedriger als dieses, etwa 38% für Polariden-Polarisatoren vom Typ Polaroid, aber für einige doppelbrechende Prisma-Typen erheblich höher (> 49,9%).

Wenn zwei Polarisatoren nacheinander platziert werden (der zweite Polarisator wird im Allgemeinen als als bezeichnet Analysator) Der gegenseitige Winkel zwischen ihren polarisierenden Achsen ergibt den Wert von θ im Malus -Gesetz. Wenn die beiden Achsen orthogonal sind, sind die Polarisatoren gekreuzt Und theoretisch wird kein Licht übertragen, obwohl praktisch auch kein Polarisator perfekt ist und das Getriebe nicht genau Null ist (zum Beispiel überkreuzte Polaroidblätter erscheinen leicht blau, weil sie ihre Aussterbenverhältnis ist besser im Rot). Wenn ein transparentes Objekt zwischen den gekreuzten Polarisatoren platziert wird, werden alle in der Probe vorhandenen Polarisationseffekte (z. B. Dokrieren) als Erhöhung der Übertragung gezeigt. Dieser Effekt wird in verwendet Polarimetrie um das zu messen optische Aktivität einer Probe.

Echte Polarisatoren sind auch keine perfekten Blocker der Polarisation, die orthogonal an ihrer Polarisationsachse orthogonal sind. Das Verhältnis der Übertragung der unerwünschten Komponente zur gewünschten Komponente wird als die genannt Aussterbenverhältnisund variiert von ca. 1: 500 für Polaroid bis ca. 1:10⁶ zum Glan -Taylor Prisma Polarisatoren.

Im Röntgen das Malus 'Gesetz (relativistisch bilden):

$oder \ cos ^{2} \ theta _ {i}}$

wo ${\ displayStyle f_ {0}}$ - Häufigkeit der polarisierten Strahlung, die auf den Polarisator fällt, ${\ displayStyle f}$ - Frequenz der Strahlung fließt durch den Polarisator, ${\ displayStyle \ lambda}$ – Compton Wellenlänge von Elektron, ${\ displayStyle c}$ – Lichtgeschwindigkeit im Vakuum.^[10]

Rundpolarisatoren

Rundpolarisatoren (Cpl oder kreisförmige polarisierende Filter) kann zum Erstellen verwendet werden zirkular polarisiert Licht oder alternativ, um selektiv absorbieren oder im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn kreisförmig zu bestehen polarisiert hell. Sie werden als verwendet als Polarisierungsfilter in der Fotografie Schrägreflexionen von nichtmetallischen Oberflächen zu reduzieren und sind die Objektive der Linsen der 3D-Brille getragen, um einige zu sehen stereoskopisch Filme (insbesondere die Red 3d Sorte), wobei die Polarisation von Licht verwendet wird, um das Bild von links und rechten Auge zu unterscheiden.

Zirkular polarisiertes Licht erzeugen

Kreisförmiger Polarisator erzeugt linkshändiges kreisförmiges polarisiertes Licht. Es wird als Linkshänder als vom Empfänger betrachtet und rechtshändig angesehen, wie sie aus der Quelle betrachtet werden.^[11]

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, kreisförmig polarisiertes Licht zu erzeugen. Am billigsten und am häufigsten beinhaltet das Platzieren von a Viertelwellenplatte nach einer Linearer Polarisator und Regie unpolarisiertes Licht durch den linearen Polarisator. Das linear polarisierte Licht, der den linearen Polarisator verlässt, wird durch die Viertelwellenplatte in kreisförmig polarisiertes Licht umgewandelt. Die Übertragungsachse des linearen Polarisators muss zwischen den schnellen und langsamen Achsen der Viertelwellplatte auf halbem Weg (45 °) liegen.

In der obigen Anordnung liegt die Übertragungsachse des linearen Polarisators im Relativ zur rechten Horizontalen im positiven 45 ° -Winkel und wird mit einer orangefarbenen Linie dargestellt. Die Viertelwellplatte hat eine horizontale langsame Achse und eine vertikale schnelle Achse und sie werden auch mit orangefarbenen Linien dargestellt. In diesem Fall wird das unpolarisierte Licht, das in den linearen Polarisator eintritt Amplitude und winkel der linearen Polarisation ändern sich plötzlich.

Wenn man versucht, unpolarisiertes Licht durch den linearen Polarisator zu bestehen, hat nur Licht, das seine hat elektrisches Feld Im positiven 45 ° -Winkel verlässt der lineare Polarisator und tritt in die Viertelwellplatte ein. In der Abbildung würden die drei dargestellten drei Wellenlängen des unpolarisierten Lichts in die drei Wellenlängen des linear polarisierten Lichts auf der anderen Seite des linearen Polarisators transformiert.

Linear polarisiertes Licht, mit Komponenten dargestellt, eingeben a Viertelwellenplatte. Die blauen und grünen Kurven sind Projektionen der roten Linie auf den vertikalen und horizontalen Ebenen.

In der Abbildung rechts befindet sich das elektrische Feld des linear polarisierten Lichts, kurz bevor es in die Viertelwellenplatte eintritt. Die rote Linie und das zugehörige Feld Vektoren darstellen, wie die Größe und Richtung des elektrischen Feldes entlang der Fahrtrichtung variiert. Für diese elektromagnetische Welle dieser Ebene repräsentiert jeder Vektor die Größe und Richtung des elektrischen Feldes für eine ganze Ebene, die senkrecht zur Reiserichtung ist. (Beziehen auf Diese beiden Bilder im Flugzeugwellenartikel, um dies besser zu schätzen.)

Licht und alle anderen Elektromagnetische Wellen haben eine Magnetfeld welches ist in Phase mit und senkrecht zu dem in diesen Abbildungen angezeigten elektrischen Feld.

Um den Effekt zu verstehen, den die Viertelwellenplatte auf das linear polarisierte Licht hat Komponenten die im rechten Winkel sind (senkrecht) zueinander. Zu diesem Zweck sind die blauen und grünen Linien Projektionen der roten Linie auf die vertikalen und horizontalen Ebenen und stellen dar, wie sich das elektrische Feld in Richtung dieser beiden Ebenen ändert. Die beiden Komponenten haben die gleiche Amplitude und sind in Phase.

Weil die Viertelwellenplatte aus a besteht doppelbrechend Das Material in der Wellenplatte wandert abhängig von der Richtung seines elektrischen Feldes das Licht mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Dies bedeutet, dass die horizontale Komponente, die sich entlang der langsamen Achse der Wellenplatte befindet, mit einer langsameren Geschwindigkeit wandert als die Komponente, die entlang der vertikalen schnellen Achse gerichtet ist. Zunächst sind die beiden Komponenten in Phase, aber wenn sich die beiden Komponenten durch die Wellenplatte bewegen, die horizontale Komponente der Lichtdrifte weiter hinter der der Vertikalen. Durch Einstellen der Dicke der Wellenplatte kann man steuern, wie stark die horizontale Komponente relativ zur vertikalen Komponente verzögert wird, bevor das Licht die Wellenplatte verlässt und sie wieder mit der gleichen Geschwindigkeit wandern. Wenn das Licht die Viertelwellenplatte verlässt Wellenlänge hinter der vertikalen Komponente, sodass das helle linke kreisförmig polarisiert wird, wenn sie vom Empfänger betrachtet werden.^[11]

Das obere Bild ist linkshändig/gegen den Uhrzeigersinn zirkular polarisiert, wie vom Empfänger betrachtet.^[11] Das untere Bild ist das von linear polarisiertes Licht. Die blauen und grünen Kurven sind Projektionen der roten Linien auf den vertikalen bzw. horizontalen Ebenen.

Oben in der Illustration rechts befindet sich das zirkular polarisiertes Licht Nachdem es die Wellenplatte verlässt. Direkt darunter befindet sich zum Vergleichszweck das linear polarisierte Licht, das in die Viertelwellplatte eindrang. In dem oberen Bild repräsentiert es eine Ebenewelle, jeder Vektor, der von der Achse zur Helix führt, die Größe und Richtung des elektrischen Feldes für eine gesamte Ebene, die senkrecht zur Fahrtrichtung ist. Alle elektrischen Feldvektoren haben die gleiche Größe, was darauf hinweist, dass sich die Stärke des elektrischen Feldes nicht ändert. Die Richtung des elektrischen Feldes dreht sich jedoch stetig.

Die blauen und grünen Linien sind Projektionen der Helix auf die vertikalen und horizontalen Ebenen und stellen dar, wie sich das elektrische Feld in Richtung dieser beiden Ebenen ändert. Beachten Sie, wie die horizontale Komponente rechts ein Viertel einer Wellenlänge hinter der vertikalen Komponente ist. Es ist dieses Viertel einer Wellenlängenphasenverschiebung, die zur Rotation des elektrischen Feldes führt. Es ist wichtig zu beachten, dass die Größe der anderen Komponente immer Null ist, wenn die Größe einer Komponente maximal die Größe der anderen Komponente ist. Dies ist der Grund, warum es Helixvektoren gibt, die genau der Maxima der beiden Komponenten entsprechen.

Animation von linkshändigen/gegen den Uhrzeigersinn kreisförmigen polarisierten Licht. (Linkshänder wie vom Empfänger betrachtet.^[11])

In der gerade zitierten Instanz verwenden Sie die Händigkeitskonvention Das Licht wird in vielen Optik-Lehrbüchern verwendet und wird als linkshändige/gegen den Uhrzeigersinn kreisförmig polarisiert angesehen. In Bezug auf die dazugehörige Animation wird sie als Linkshänder angesehen, denn wenn man einen linken Daumen zeigt gegen Die Richtung der Reise, die Finger kräuseln in die Richtung, in die das elektrische Feld einen bestimmten Punkt im Raum übergeht. Die Helix bildet auch eine linkshändige Helix im Weltraum. In ähnlicher Weise wird dieses Licht als gegen den Uhrzeigersinn kreisförmig polarisiert angesehen, weil ein stationärer Beobachter gegenüberliegt gegen In der Reisenrichtung wird die Person beobachten, wie ihr elektrisches Feld gegen den Uhrzeigersinn dreht, wenn die Welle einen bestimmten Punkt im Raum übergeht.^[11]

Um rechtshändige kreisförmige, polarisierte Licht im Uhrzeigersinn zu erzeugen, dreht man einfach die Achse der viertelwelligen Platte 90 ° relativ zum linearen Polarisator. Dies kehrt die schnellen und langsamen Achsen der Wellenplatte relativ zur Transmissionsachse der linearen Polarisator -Umkehrung ab, die die Komponente leitet und welche Komponenten verzögert.

Bei dem Versuch zu schätzen, wie die Viertelwellenplatte das linear polarisierte Licht verändert, ist es wichtig zu erkennen, dass die beiden besprochenen Komponenten keine Entitäten an und für sich sind, sondern lediglich mentale Konstrukte, die man verwendet, um zu schätzen, was passiert. Bei linearem und zirkular polarisiertem Licht gibt es an jedem Punkt im Raum immer ein einzelnes elektrisches Feld mit einer ausgeprägten Vektorrichtung, die Viertelwellplatte hat lediglich die Auswirkung, dieses einzelne elektrische Feld zu transformieren.

Absorbierende und vorbeifahrende kreisförmig polarisiertes Licht

Zirkuläre Polarisatoren können auch verwendet werden, um rechtshändige oder linkshändige kreisförmige polarisierte Licht selektiv zu absorbieren oder zu passieren. Es ist diese Funktion, die von den 3D -Brillen in stereoskopischen Kinos verwendet wird, wie z. Reald Cinema. Ein gegebener Polarisator, der eine der beiden Lichtpolarisationen erzeugt, passt die gleiche Polarisation des Lichts, wenn dieses Licht in die andere Richtung geschickt wird. Im Gegensatz dazu blockiert es das Licht der entgegengesetzten Polarisation.

Kreisförmiger Polarisator, der linkshändige, gegen den Uhrzeigersinn kreisförmige polarisierte Licht passt. (Linkshänder wie vom Empfänger betrachtet.)^[11]

Die obige Abbildung ist identisch mit der vorherigen ähnlichen, mit der Ausnahme, dass sich das linkshändige kreisförmige Licht nun dem Polarisator aus der entgegengesetzten Richtung nähert und linear polarisiertes Licht den Polarisator nach rechts verlässt.

Beachten Sie zunächst, dass eine Viertelwellenplatte immer zirkular polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht verwandelt. Es ist nur der resultierende Polarisationswinkel des linear polarisierten Lichts, der durch die Ausrichtung der schnellen und langsamen Achsen der Viertelwellplatte und die Händigkeit des kreisförmigen polarisierten Lichts bestimmt wird. In der Abbildung wird das linkshändige kreisförmige polarisierte Licht, das in den Polarisator eintritt, in linear polarisiertes Licht transformiert, das seine Polarisationsrichtung entlang der Transmissionsachse des linearen Polarisators aufweist und daher weitergeht. Im Gegensatz dazu wäre rechtshändiges kreisförmiges polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht umgewandelt, das seine Polarisationsrichtung entlang der absorbierenden Achse des linearen Polarisators hatte, der sich im rechten Winkel zur Getriebeachse befindet und daher blockiert worden wäre.

Das oben angezeigte linkshändige/gegen den Uhrzeigersinn polarisierte Licht linear polarisiertes Licht.^[11] Die blauen und grünen Kurven sind Projektionen der Helix auf den vertikalen und horizontalen Ebenen.

Um diesen Prozess zu verstehen, beziehen Sie sich auf die Abbildung rechts. Es ist absolut identisch mit der früheren Illustration, obwohl das kreisförmige polarisierte Licht oben als näher des Polarisators von links angesehen wird. Man kann aus der Abbildung beobachten, dass die horizontale (wie beobachtete Aussicht nach links entlang der Reiserichtung) die vertikale Komponente führt und dass die horizontale Komponente, wenn sie durch ein Viertel einer Wellenlänge verzögert wird Unten und es wird durch den linearen Polarisator gehen.

Es gibt einen relativ einfachen Weg zu schätzen, warum ein Polarisator, der eine bestimmte Händigkeit von kreisförmig polarisiertem Licht erzeugt, auch dieselbe Händigkeit des polarisierten Lichts durchsetzt. Angesichts der doppelten Nützlichkeit dieses Bildes beginnen sich zunächst vor, sich das kreisförmige polarisierte Licht vorzustellen, das oben als noch die Viertelwellenplatte verlässt und nach links fährt. Beobachten Sie, dass die horizontale Komponente des linear polarisierten Lichts durch ein Viertel der Wellenlänge zweimal verzögert worden wäre. Wenn ein solches orthogonal polarisiertes Licht auf der horizontalen Ebene gedreht und durch den linearen Polarisatorabschnitt des kreisförmigen Polarisators zurückgeführt würde, würde er angesichts seiner Ausrichtung eindeutig durchlaufen. Stellen Sie sich nun das kreisförmige polarisierte Licht vor, das bereits einmal durch die Viertelwellenplatte geführt, umgedreht und wieder zum kreisförmigen Polarisator zurückgezogen wurde. Lassen Sie das kreisförmige polarisierte Licht, das oben dargestellt ist, jetzt dieses Licht darstellen. Ein solches Licht wird ein zweites Mal durch die Viertelwellenplatte fahren, bevor er den linearen Polarisator erreicht, und dabei wird seine horizontale Komponente ein zweites Mal um ein Viertel einer Wellenlänge verzögert. Unabhängig davon, ob diese horizontale Komponente in zwei unterschiedlichen Schritten um ein Viertel einer Wellenlänge verzögert oder eine vollständige halbe Wellenlänge gleichzeitig verzögert wird, wird die Ausrichtung des resultierenden linear polarisierten Lichts so sein, dass es durch den linearen Polarisator fließt.

Wäre rechtshändige kreisförmige polarisierte Licht, die sich dem kreisförmigen Polarisator von links nähern etwas bestanden haben.

Um einen kreisförmigen Polarisator zu erzeugen, der stattdessen rechtshändiges polarisiertes Licht übergeht und das linkshändige Licht absorbiert, dreht man erneut die Wellenplatte und den linearen Polarisator 90 ° relativ zueinander. Es ist leicht zu schätzen, dass durch die Umkehrung der Positionen der Übertragungs- und Absorptionsachsen des linearen Polarisators relativ zur Viertelwellplatte sich verändert, welche Händigkeit des polarisierten Lichts übertragen wird und absorbiert wird.

Homogener kreisförmiger Polarisator

Homogener kreisförmiger Polarisator, der links, gegen den Uhrzeigersinn polarisiertes Licht vorbeikommt. (Linkshänder wie vom Empfänger betrachtet.)^[11]

Ein homogener kreisförmiger Polarisator besteht aus einer Händigkeit der kreisförmigen Polarisation unverändert und blockiert die andere Händigkeit. Dies ähnelt der Art und Weise, wie ein linearer Polarisator einen Winkel linear polarisiertes Licht unverändert vollständig passieren würde, aber jedes linear polarisierte Licht, das orthogonal war, vollständig blockiert.

Ein homogener kreisförmiger Polarisator kann durch Einbrennen eines linearen Polarisators zwischen zwei Viertelwellenplatten erzeugt werden.^[12] Insbesondere nehmen wir den zuvor beschriebenen kreisförmigen Polarisator, der kreisförmig polarisiertes Licht in lineares polarisiertes Licht verwandelt, und fügen ihm eine zweite Viertelwellenplatte hinzu, die 90 ° relativ zur ersten gedreht wurde.

Im Allgemeinen wird eine der beiden Polarisationen von kreisförmig polarisiertem Licht nicht direkt auf die obige Darstellung hingewiesen . Dies schafft eine von zwei linearen Polarisationen, die von der Händigkeit des kreisförmigen polarisierten Lichts abhängig sind. Der zwischen den Viertelwellenplatten eingeklemmte lineare Polarisator ist so ausgerichtet, dass eine lineare Polarisation passt und die andere blockiert. Die zweite Viertelwellplatte nimmt dann das linear polarisierte Licht, das die orthogonale Komponente verläuft und verzögert, die nicht von der Vorgängerwellenplatte verzögert wurde. Dies bringt die beiden Komponenten wieder in ihre Anfangsphasenbeziehung und stellt die ausgewählte kreisförmige Polarisation wieder her.

Beachten Sie, dass es keine Rolle spielt, in die man das kreisförmige polarisierte Licht passt.

Kreisförmige und lineare polarisierende Filter für Fotografie

Lineare polarisierende Filter waren die ersten Typen, die in der Fotografie verwendet wurden, und können weiterhin für nicht reflex und ältere verwendet werden Einzellinsen-Reflexkameras (SLRS). Jedoch Kameras mit durch die Linsenmessung (TTL) und Autofokussion Systeme - das heißt, alle modernen SLR und DSLR - Verlassen Sie sich auf optische Elemente, die linear polarisiertes Licht passieren. Wenn Licht, das in die Kamera eintritt, bereits linear polarisiert ist, kann es die Belichtung oder Autofokussysteme stören. Kreisförmige polarisierende Filter schneiden linear polarisiertes Licht aus und können daher verwendet werden, um den Himmel zu verdunkeln, die Sättigung zu verbessern und Reflexionen zu entfernen, aber das kreisförmige polarisierte Licht, das es verläuft, beeinträchtigt nicht durch die Lensysteme.^[13]

Siehe auch

• Photoelastikmodulator - Eine Wellenplatte, die schnell schnelle und langsame Achsen schalten und somit schnell abwechselnde linke und rechte kreisförmige Polarisation erzeugen kann. Sie arbeiten häufig im Ultraschallbereich
• Fresnel Rhomb - eine andere Möglichkeit, kreisförmig polarisiertes Licht zu produzieren; Es verwendet keine Wellenplatte
• Aussterbenkreuz
• Poincaré Sphäre (Optik)
• Edwin Land
• Polariscope
• Polarisiertes Lichtmikroskop

Verweise

Weitere Lektüre

• Kliger, David S. Polarisiertes Licht in Optik und Spektroskopie, Academic Press (1990), ISBN0-12-414975-8
• Mann, James."Austine Wood Comarow: Gemälde im polarisierten Licht ", Wasabi Publishing (2005), ISBN978-0976819806

Externe Links

• Medien im Zusammenhang mit Polarisation bei Wikimedia Commons