光学知识分享-光学偏振的基本原理

偏振光具有三个基本特性: 波长、强度和偏振。光的波长很容易理解。例如，可见光的波长范围分布在380和780 nm之间。光的强度也很容易掌握; 一束光的强或弱可以通过其功率来表征。相反，光的偏振特性描述了电场矢量的振动方向，这既不可见也不可见，这使得它通常更难理解。

然而，在实践中，光的偏振特性同样重要，并且在日常生活中具有广泛的应用。例如，我们每天看到的液晶显示器 (lcd) 使用偏振技术来实现彩色显示和对比度调整。我们在影院观看3D电影时佩戴的3D眼镜也利用光偏振。

对于从事光学工作的专业人员来说，对偏振现象有透彻的了解，并将这些知识应用于实际的光学系统中，对于产品和项目的成功非常有益。因此，从本文开始，我们将以易于理解的方式介绍光偏振的概念，使每个人都能深刻理解两极分化，并将其更有效地应用于工作中。

极化的基本知识

由于涉及的概念很多，我们将在几个小节中逐步介绍它们。

2.1极化的概念

我们知道光是电磁波的一种。如下图所示，电磁波由彼此垂直的电场 (E) 和磁场 (B) 组成。这两个场在它们各自的方向上振荡并且沿着传播方向 (Z) 横向传播。

在电磁波中，电场矢量 (E) 和磁场矢量 (B) 彼此垂直且垂直于波传播方向 (Z) 振荡。光的偏振具体指的是当波传播时电场矢量 (E) 的取向和行为。

了解偏振的概念至关重要，因为它会影响光与材料的相互作用以及如何在各种应用中进行操纵。例如，偏振光可用于减少眩光，增强成像系统中的对比度，并实现电影中的3D可视化。

在以下各节中，我们将深入研究不同类型的极化，如何生成和操纵它们，以及通过光学元件制造商在日常生活和先进的光学系统。

由于电场和磁场相互垂直，具有相同的相位，并且沿相同的方向传播，因此在实践中，通过分析电场的振荡来描述光的偏振。如下图所示，电场矢量 (\ mathbf{E} ) 可以分解为分量 (E_x) 和 (E_y)。极化是指电场分量 (E_x) 和 (E_y) 的振荡方向在时间和空间上的分布。

更详细地说，电场矢量 (\ mathbf{E} ) 可以表示为: [ \ mathbf{E} = E_x \ hat{i} E_y \ hat{j} ] 其中 (\ hat{i} ) 和 (\ hat{j} ) 分别是x和y方向上的单位向量。

(E_x) 和 (E_y) 在时间和空间上的行为决定了极化的类型:

线性极化: 如果 (E_x) 和 (E_y) 同相 (或异相180度)，电场矢量 (\ mathbf{E} ) 在单个平面中振荡。该平面的角度取决于 (E_x) 和 (E_y) 的相对大小。

圆极化: 如果 (E_x) 和 (E_y) 具有相同的振幅，但相位相差90度，则电场矢量 (\ mathbf{E} ) 在垂直于传播方向的平面上画一个圆。旋转方向 (顺时针或逆时针) 决定了它是右旋圆极化还是左旋圆极化。

椭圆偏振: 如果 (E_x) 和 (E_y) 具有不同的振幅和/或异相除了0或90度之外的任意量，电场矢量 (\ mathbf{E} ) trAce出一个椭圆。这是最一般的极化形式。

通过了解电场分量 (E_x) 和 (E_y) 如何振荡，我们可以完全描述光的偏振状态。这种理解对于设计和分析依赖偏振的光学系统至关重要，例如偏振滤光片，液晶显示器以及各种类型的传感器和通信设备。