圆偏振片的原理及应用
发布时间:2020-10-12 18:50:20 编辑:麓帮主 阅读次数:213

   圆偏振光   

  
圆偏振光是一种特殊的椭圆偏振光,其偏振面相对于传播方向随时间以圆频率w旋转,光矢量末端的轨迹位于一个圆上。
根据光矢量旋转方向的不同,圆偏振光分为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
  • > 迎着光传播方向观察,若光矢量沿着逆时针方向旋转,则为左旋圆偏振光;
  • > 迎着光传播方向观察,若光矢量沿着顺时针方向旋转,则为右旋圆偏振光。
圆偏振光可以看作是振幅相等、振动方向正交、相位差为±π/2的两个同频率的平面偏振光的合成。其中相位差为+π/2时为左旋圆偏振光,相位差为-π/2时为右旋圆偏振光。
 

   圆偏振片的原理   

 
圆偏振片是一种可以生成圆偏振光的光学元件,是由一个线偏振片和一个四分之一波片组成。其中,四分之一波片的快轴相对线偏振片的透射轴方向呈45°。

圆偏振片可使线偏振光与圆偏振光任意转换。
>> 圆偏振片可使任意偏振态的入射光变为圆偏振光。

当任意偏振态的光束从线偏振片一侧入射时,光束经过线偏振片后变为线偏振光,再经过四分之一波片出射为圆偏振光。

>> 圆偏振片可使任意偏振态的入射光变为线偏振光。

任意偏振态的光束从波片一侧入射时,光束经过波片后变为线偏振光和椭圆偏振光的混合光束,再经过线偏振片后出射为线偏振光,出射光束的偏振方向与线偏振片的透振方向一致。

如果入射光为圆偏振光,且方向与圆偏振片一致时,圆偏振片可直接将圆偏振光转换为线偏振光。相对比于仅用线偏振片,该过程可保留大部分光能量。

 

 

   圆偏振片的应用   

 

配合涡旋波片,简化实验光路

 

涡旋波片能够生成特殊的新型光束—涡旋光,在利用涡旋波片生成涡旋光时,前面必须放置线偏振片和1/4波片*,以确保入射到涡旋波片上的为圆偏振光。使用圆偏振片代替单独的偏振片+四分之一波片,可有效缩短光路长度,提高稳定性,且免除手动旋转镜架来生成圆偏振光的调试操作。
*请参见《利用LBTEK涡旋波片生成涡旋光束的理论推导》。

涡旋光镊系统中的偏振控制模块用于生成涡旋光

 

相机滤镜

 

在摄影界,常用圆偏振镜(CPL滤镜)来消除水面、玻璃表面、金属表面等光滑物体表面的反光,同时提高饱和度,提高影像的清晰度和表现力。如:
  • 使天更蓝、叶子更绿、云更白等,图片色彩更丰富鲜艳。
  • 减少大气泛雾在风景照中引起的柔焦,但不改变整个画面的的色调均衡。
  • 消除玻璃反光,拍出清晰的橱窗图片;也可以消除水面的反光,获得清澈见底的效果。

使用前(左)和使用后(右)

 

3D眼镜

 

3D眼镜主要有线偏光3D眼镜和圆偏光3D眼镜。线偏光立体眼镜的立体视觉效果比圆偏光立体眼镜明显,但观看过程中线偏光立体眼镜有一定角度因素,不宜进行转头晃头等头部运动。圆偏光立体眼睛就相对自如,观看角度比线偏光立体眼镜广。
目前主流的3D放映系统有RealD 3D和IMAX 3D,其中观看RealD 3D电影需要佩戴圆偏振3D眼镜,而IMAX 3D是使用线偏振的,可以佩戴线偏振3D眼镜,但观看IMAX 3D电影时,头部不能旋转,且观影位置非常重要,而观看RealD 3D电影则对位置相对不敏感。

 

显示屏

 

圆偏振光可应用于手机屏幕或显示屏上,使屏幕发出的光更接近自然光,能够有效减轻人们的视觉疲劳,达到健康护眼的目的。
观看3D电影需要配合偏振3D显示系统,使用3D显示屏不会产生3D眩晕感和疲劳感,可以作为健康显示的基础。

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