Поляризатор
Поляриза́тор —- устройство, предназначенное для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения из излучения с произвольным состоянием поляризации [1] . В соответствии с типом поляризации, получаемой с помощью поляризаторов, они делятся на линейные и круговые. Линейные поляризаторы позволяют получать плоскополяризованный свет, круговые — свет, поляризованный по кругу.
Линейные поляризаторы основаны на использовании одного из трёх физических явлений. Одно из них — двойное лучепреломление, другое — линейный дихроизм и третье — поляризация света, происходящая при отражении на границах раздела сред. Круговые поляризаторы обычно представляют собой совокупность линейного поляризатора и четвертьволновой пластинки.
Поляризаторы используются при изучении распределения напряжений в прозрачных объектах с помощью поляризованного света, при изучении структуры органических веществ, в сахариметрии и в особенности в кристаллооптике. Широко применяются в фотографических поляризационных светофильтрах.
Содержание
Поляризационный светофильтр в оптике и спектроскопии
Поляризационный светофильтр в оптике и спектроскопии – устройство, обычно состоящее из двух линейных поляризаторов и одной или нескольких фазовых пластинок между ними [2] . Предназначен для изменения спектрального состава и энергии падающего на него оптического излучения. Используется в тех случаях, когда достичь желаемого результата иными, более простыми средствами невозможно.
Поляризационный светофильтр в фотографии
Поляризационный светофильтр в фотографии — поляризатор, предназначенный для устранения нежелательных эффектов (бликов, отражений, уменьшение яркости (с одновременным повышением насыщенности) неба и др.) или для достижения художественных целей. Конструктивно оформляется для совместного использования с фотографическими аппаратами. Выглядит как обыкновенный светофильтр, но имеет две части, примерно одинаковой толщины — переднюю и заднюю, которые могут свободно проворачиваться относительно друг-друга. В то время как задняя фиксируется при накручивании поляризационного светофильтра на объектив, вращением передней половины, в которой собственно и расположен поляризатор, достигается нужный эффект выбором угла поляризации. В передней половине поляризационного светофильтра может присутствовать внутренняя резьба для крепления объективной крышки, резьбовой бленды, или других светофильтров, что является неоспоримым плюсом. В частности, у бликующих объектов, разные их части могут давать блики с разными углами поляризации, которые не представляется возможным одновременно подавить только одним фильтром. Кроме того, бликующих объектов в кадре может оказаться много. В таких ситуациях используются несколько скрученных последовательно поляризационных светофильтров, причем, все кроме заднего, должны быть обязательно не круговой, а линейной поляризации, т.к. оптический компенсатор, имеющийся в фильтре с круговой поляризацией, делает невозможным достижение эффекта от остальных поляризационных светофильтров, которые будут расположены за ним ближе к объективу. Оптическая плотность поляризационных светофильтров обычно лежит в пределах от двух до пяти. Цветовые искажения могут присутствовать. В частности, некоторые фильтры имеют спад до одного стопа в сине-фиолетовой области, из-за чего заметно «зеленят» картинку. Так же, недорогие поляризационные светофильтры, чаще чем цветные, могут негативно влиять на воспроизведение мелких деталей. Поляризационный светофильтр, на ряду с «защитным» УФ-блокирующим фильтром, является наиболее используемым светофильтром в фотографии.
Устройство
Для большинства практических применений поляризационный фильтр изготавливают в виде двух стеклянных пластинок с находящейся между ними поляроидной плёнкой, обладающей линейным дихроизмом. Поляроидная плёнка представляет собой слой ацетилцеллюлозы, содержащий большое количество мелких кристаллов герапатита (иодистое соединение сернокислого хинина). Применяются также иодно-поливиниловые плёнки с одинаково ориентированными полимерными цепями. Идентичность ориентации кристаллов достигается с помощью электрического поля, а полимерные цепи ориентируют механическим растяжением. [3] Фильтр с круговой поляризацией дополнительно имеет, кроме того, еще и оптический компенсатор — четвертьволновую фазовую пластинку (по вносимой ею разности хода). В ней используется явление двойного лучепреломления в кристаллах. Скорости обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле (а следовательно, и оптические длины их путей) различны; поэтому, проходя через кристалл, они приобретают разность хода, определяемую его толщиной. Она ставится, по пути следуемого луча, за поляризатором, и при сборке, поворачивается до тех пор, пока её оптические оси не совпадут с осями колебаний. В этом положении четвертьволновая пластинка превращает свет поляризованный линейно, в свет с с круговой поляризацией, (или наоборот,) дополняя разность хода до 90 градусов.
Поляризация света для «чайников»: определение, суть явления и сущность
В нашем блоге уже можно найти статьи про преломление, дисперсию и дифракцию света. Теперь пришло время поговорить о том, в чем заключается сущность поляризации света.
В самом общем смысле правильнее говорить о поляризации волн. Поляризация света, как явление, представляет собой частный случай поляризации волны. Ведь свет представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне, воспринимаемом глазами человека.
Что такое поляризация света
Поляризация – это характеристика поперечных волн. Она описывает положение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Если этой темы не было на лекциях в университете, то вы, вероятно, спросите: что это за колеблющаяся величина и какому направлению она перпендикулярна?
Как выглядит распространение света, если посмотреть на этот вопрос с точки зрения физики? Как, где и что колеблется, и куда при этом летит?
Свет – это электромагнитная волна, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля E и вектором напряженности магнитного поля Н. Кстати, интересные факты о природе света можно узнать из нашей статьи.
Согласно теории Максвелла, световые волны поперечны. Это значит, что векторы E и H взаимно перпендикулярны и колеблются перпендикулярно вектору скорости распространения волны.
Поляризация наблюдается только на поперечных волнах.
Для описания поляризации света достаточно знать положение только одного из векторов. Обычно для этого рассматривается вектор E.
Если направления колебаний светового вектора каким-то образом упорядочены, свет называется поляризованным.
Возьмем свет на рисунке, который приведен выше. Он, безусловно, поляризован, так как вектор E колеблется в одной плоскости.
Если же вектор E колеблется в разных плоскостях с одинаковой вероятностью, то такой свет называется естественным.
Поляризация света по определению – это выделение из естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Откуда берется поляризованный свет?
Свет, который мы видим вокруг себя, чаще всего неполяризован. Свет от лампочек, солнечный свет – это свет, в котором вектор напряженности колеблется во всех возможных направлениях. Но если вам по роду деятельности приходится весь день смотреть в ЖК-монитор, знайте: вы видите поляризованный свет.
Естественный, поляризованный и частично поляризованный свет
Чтобы наблюдать явление поляризации света, нужно пропустить естественный свет через анизотропную среду, которая называется поляризатором и «отсекает» ненужные направления колебаний, оставляя какое-то одно.
Анизотропная среда – среда, имеющая разные свойства в зависимости от направления внутри этой среды.
В качестве поляризаторов используются кристаллы. Один из природных кристаллов, часто и давно применяемых в опытах по изучению поляризации света — турмалин.
Еще один способ получения поляризованного света — отражение от диэлектрика. Когда свет падает на границу раздела двух сред, луч разделяется на отраженный и преломленный. При этом лучи являются частично поляризованными, а степень их поляризации зависит от угла падения.
Связь между углом падения и степенью поляризации света выражается законом Брюстера.
Когда свет падает на границу раздела под углом, тангенс которого равняется относительному показателю преломления двух сред, отраженный луч является линейно поляризованным, а преломленный луч поляризован частично с преобладанием колебаний, лежащих в плоскости падения луча.
Линейно поляризованный свет — свет, который поляризован так, что вектор E колеблется только в одной определенной плоскости.
Практическое применение явления поляризации света
Поляризация света – не просто явление, которое интересно изучать. Оно широко применяется на практике.
Пример, с которым знакомы почти все – 3D-кинематограф. Еще один пример – поляризационные очки, в которых не видно бликов солнца на воде, а свет фар встречных машин не слепит водителя. Поляризационные фильтры применяются в фототехнике, а поляризация волн используется для передачи сигналов между антеннами космических аппаратов.
Фото, сделанные с применением поляризационного фильтра и без него
Поляризация — не самое сложное для понимания природное явление. Хотя если копнуть глубоко и начать основательно разбираться с физическими законами, которым она подчиняется, могут возникнуть сложности.
Чтобы не терять время и преодолеть трудности максимально быстро, обратитесь за советом и помощью к нашим авторам. Мы поможем выполнить реферат, лабораторную работу, решить контрольные задания на тему «поляризация света».
- Контрольная работа от 1 дня / от 120 р. Узнать стоимость
- Дипломная работа от 7 дней / от 9540 р. Узнать стоимость
- Курсовая работа 5 дней / от 2160 р. Узнать стоимость
- Реферат от 1 дня / от 840 р. Узнать стоимость
Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.
Принцип работы поляризационных фильтров — KinoSklad.ru
Среди многообразия светофильтров, используемых при съёмке, одними из самых эффективных и в каком-то смысле уникальных являются поляризационные фильтры или как их ещё называют по-простому «поляризаторы». Это вид фильтров используется для отсечения так называемого «поляризационного» света на изображении, получаемом камерой, что уменьшает эффекты бликов и отражений, а также одновременно усиливает насыщенность. Они востребованы в случаях, когда, например, стоит задача увеличить на изображении насыщенность цвета неба или ликвидировать блики с поверхности воды.
Поляризационные фильтры– это единственный вид светофильтров, эффект которых крайне сложно, а порой и невозможно воспроизвести в процессе пост-обработки с использованием компьютерных программ.
Распространение света
Поляризационные фильтры помещаются непосредственно перед объективом, а точнее сказать, перед его передней линзой. Принцип его действия основан на отражении света под различными углами. Видимый солнечный свет распространяется во всех направлениях и двигается по прямой. Он имеет волновую форму. Эта волна колеблется как вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Поток такого света, падая на конкретный объект, отражается от его поверхности, в результате чего образуется отражённаю волна определённой частоты. Это явление и определяет цвет того или иного объекта съёмки. Все остальные цвета спектра оказываются поглощёнными объектом. В качестве примера можно рассмотреть любой предмет синего цвета. Он отражает исключительно синий цвет. Все остальные цвета спектра объектом поглощаются. Такой же эффект можно наблюдать с зелёными листьями дерева. Они отражают зелёный цвет и чуть-чуть жёлтого, поглощая при этом другие цвета спектра.
Что получается в итоге? Отражённый свет распространяется и колеблется в одном направлении. Именно его называют «поляризационным светом». Эта его особенность и приводит к бликам, а также к снижению интенсивности цвета поверхности отражения. Для того чтобы поляризационный свет удалить применяется поляризационный фильтр, который позволяет восстановить цветовую насыщенность конкретного объекта. Кроме того, поляризатор – это мощный инструмент, позволяющий выделять объекты, которые покрыты влагой, находятся под водой или за стеклом.
Устройство поляризатора
Основе конструкции этого вида фильтров – пластинка полароида. Она зажата двумя хорошо отполированными стеклянными пластинами. Если фильтр имеет круглую форму, его переднюю часть можно поворачивать, тем самым меняя угол поляризации, и, как следствие, количество поляризационного света, проходящего через фильтр. Эта возможность позволяет точно контролировать количество отражённого от объекта съёмки света, который нужно удалить. На практике это работает следующим образом. Фильтр просто проворачивается, меняя величину эффекта поляризации до момента, который реализует художественную задумку автора съемки.
При попадании солнечного света в атмосферу Земли, он рассеивается. Причём процесс рассеивания синего цвета значительно выше, чем, например, красного. Именно поэтому цвет ясного неба всегда синий. Волнам рассеянного света свойственно колебаться в одном направлении. Это приводит к тому, что в случаях, когда съёмка ведётся в направлении, которое перпендикулярно к источнику света, в объектив попадает именно поляризационный свет, ведь его энергия направления исключительно в одну сторону.
Фильтр пропускает только свет, который направлен по одной из оси координат, поэтому в случае, когда солнце расположено перпендикулярно к направлению съёмки, эффективность фильтра максимальная. Именно в этом случае на изображении можно добиться эффекта насыщенного тёмно-синего неба. При других случаях, когда солнце расположено спереди или сзади эффект снижается и может достигнуть нуля, т.е. попадающий в объектив свет не поляризационный, а значит поляризатор ничего фильтровать не будет.
Виды поляризаторов
Всего выпускается два вида поляризаторов: линейные и круговые. Причём только круговые могут корректно функционировать с цифровыми камерами. Такое ограничение связано с тем, при использовании линейных поляризаторов получаются неточные результаты замера экспозиции. Причина в том, что в цифровых камерах из-за наличия функции автофокусировки часть света поляризуется внутри, что в итоге приводит к получению ошибочных показаний при замере экспозиции.
Круговые поляризаторы имеют пластинку, задерживающую световую волну. Её толщина равна 1⁄4 длины волны. Это позволяет свету, попадающему в измерительную систему камеры, превращаться в неполяризованный. Что делать если имеется только линейный фильтр? В этом случае надо снять показания до установки самого поляризатора, затем его установить и немного увеличить экспозицию. Эта технология позволяет хоть как-то компенсировать ошибки.
С плёночными камерами одинаково хорошо работают оба вида поляризаторов.
В данном разделе пока пусто
Вы можете вернуться на страницу каталога или воспользоваться навигацией или поиском по сайту.
Виды поляризации, поляризаторы
В зависимости от направления колебания векторов Е и В различают три вида поляризации: линейную, круговую, эллиптическую. При круговой или циркулярной поляризации плоскость векторов напряженностей вращается по кругу (если вектор в поляризованном свете вращается при распространении света по часовой стрелке, то поляризация называется правой, против — левой).
Рис.3. Виды поляризации
В эллиптической, помимо вращения, величины векторов напряженностей меняются в размерах. Таким образом, конец этих векторов описывает эллипс (рис. 3). В эллиптически поляризованном свете колебания полностью упорядочены.
Плоскополяризованный свет можно получить, пропуская естественный свет через приборы, называемые поляризаторами. Поляризатор (пленка, пластина, кристалл и т.д.) свободно пропускает световые волны, в которых колебания светового вектора совершаются в плоскостях, параллельных плоскости, называемой плоскостью пропускания поляризатора, и полностью (идеальный поляризатор) или частично (неидеальный поляризатор) задерживает волны, в которых колебания светового вектора происходят перпендикулярно этой плоскости.
Поляризаторы, использующиеся для анализа поляризации света, называются анализаторами. Они позволяют обнаружить наличие поляризации света и определить ее степень. Поляризатор и анализатор устроены совершенно одинаково, различаются только функцией и их можно менять местами.
Одноосные кристаллы можно использовать либо в качестве поляризатора для получения плоскополяризованного света, либо в качестве анализатора для анализа, имеющегося поляризованного излучения.
На практике в качестве поляризаторов и анализаторов используют специальные поляризационные приборы, которые дают на выходе один поляризованный луч. Существуют поляризационные приборы двух типов:
а) составные призмы, в которых один из лучей уводится в сторону за счет преломления и отражения на гранях элементов, составляющих призму (например, призма Николя, интерференционный поляризатор);
б) поляризаторы, действие которых основано на явлении дихроизма, т.е. различного поглощения необыкновенного и обыкновенного лучей. Дихроизмом обладают кристаллы турмалина и герапатита. В настоящее время известно, что не только кристаллы турмалина способны поляризовать свет. Таким же свойством, например, обладают так называемые поляроиды. Поляроид представляет собой тонкую (около 0,1 мм) поляризационную плёнку, например кристаллов гепатита, нанесенную на целлулоид или стеклянную пластинку, которая заклеена между двумя прозрачными плёнками для защиты от влаги и механических повреждений. Преимущество поляроидов состоит в том, что можно создавать большие поверхности, поляризующие свет. К недостаткам можно отнести то, что поляроиды придают фиолетовый оттенок белому свету.
Поляризаторы свободно пропускают только световые волны, в которых колебания вектора />происходят в определенной плоскости, называемой плоскостью пропускания поляризатора. Если плоскость колебаний вектора />перпендикулярна плоскости поляризатора, то излучение через него не проходит.