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  • 斯托克斯参量是描述偏振光特性的重要参量, 它能给出偏振光的偏振度(DOP)的数值, 因此偏振分析仪多采用测量斯托克斯参量的方法来设计。从斯托克斯参量的定义出发, 利用准单色光波的相干矩阵法, 推导了斯托克斯参量的...
  • 3D显示中广泛使用偏光显示方法具有不闪(No flash)优点,它基本原理基于偏振光。目前偏振光分为线偏振和圆偏振两种类型,其原理详述如下。 3. 圆偏振光 园偏振镜是由一块线偏振镜和一块四分之一波片组成...

    3D显示中广泛使用的偏光显示方法具有不闪(No flash)的优点,它的基本原理基于偏振光。目前偏振光分为线偏振和圆偏振两种类型,其原理详述如下。

    3. 圆偏振光

    园偏振镜是由一块线偏振镜和一块四分之一波片组成的。四分之一波片是用一种各向异性介质做成的。光在这种介质中传播时,可以分解为两种光矢量相互垂直的线偏振光,一种称为寻常光线(Ordinary light,O光),另一种称为非常光线(Extra-ordinary light,E光)。这两种光在介质中的传播速度是不同的。当一束线偏振光以适当的方向(即偏振方向与O光、E光方向均成45度)射入这种介质中时,就能分解成强度相等的O光和E光在介质中传播(如下图,红色矢量表示入射偏振光方向,振动着的红点分别表示O光和E光方向)。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    由于O光与E光在各向异性介质中的传播速度不同,入射时线偏振光分解成的O光与E光是同相位的。经过一段距离的传播后,O光与E光之间就会产生一定的相位差。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    如果各向异性介质的厚度正好使O光与E光在射出介质时的相位差为90度,即二分之一PI时,两种光合成时就是一种光矢量(偏振面)沿着园周转动的特殊偏振光。这种偏振面不断地在转动的偏振光就是园偏振光。(如下图,红点表示O光与E光,请注意,此时O光与E光有90度的位相差。红色箭头就是转动着的合成光矢量。)

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    但是,如果O光与E光之间的位相差不是90度,则合成的光就会是不同椭园度的椭园偏振光(或者线偏振光)。下图列出了几种不同位相差时的情况。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    我们知道,园周角是360度,相当于一个波长。上述的90度位相差也就相当于四分之一的波长。如果各向异性介质的厚度正好能在O光与E光之间引起90度的位相差,就能把一定偏振方向的线偏振光“变成”园偏振光。因此我们称其为四分之一波片。如果这种介质的厚度引起了180度的位相差,就会使入射的线偏振光“转过”了90度(下图)。我们称其为半波片。前面说过,园偏振滤镜就是由线偏振镜加上一块四分之一波片组成的,而且,线偏振镜的偏振方向与四分之一波片的O光(或E光)成45度的。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    以上是园偏振镜的原理,而我们实际上使用的园偏振滤镜,并不能产生真正的园偏振光。

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  • 3D显示中广泛使用偏光显示方法具有不闪(No flash)优点,它基本原理基于偏振光。目前偏振光分为线偏振和圆偏振两种类型,其原理详述如下。 4. 偏振光作用 我们大家都知道,光在不同折射率介质界面上会...

    3D显示中广泛使用的偏光显示方法具有不闪(No flash)的优点,它的基本原理基于偏振光。目前偏振光分为线偏振和圆偏振两种类型,其原理详述如下。

    4. 偏振光作用

    我们大家都知道,光在不同折射率的介质的界面上会发生反射和折射。入射角与反射角、折射角的关系分别服从反射定律和折射定律。在非金属的界面上,当反射光线与折射光线成直角时,反射光线将是线偏振光,这就是有名的布儒斯特原理。此时的入射角就称为布儒斯特角。

    从下图可以看出,当光线从空气(介质1,严格地说应该是真空)射入介质2时,布儒斯特角的正切值等于介质2的折射率n。由于介质的折射率是与光波长有关的,对同样的介质,布儒斯特角的大小也是与光波长有关的。以光学玻璃折射率1.4-1.9计算,布儒斯特角大约为54-62度左右。当入射角偏离布儒斯特角时,反射光将是部分偏振光。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    下面这张照片拍摄时没有加偏振滤镜,玻璃面上的反射光现象很明显。此照片拍摄时相机指向与玻璃大约成45度角。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    下面的照片是加上偏振滤镜后拍摄的。相机指向与玻璃仍然是45度角左右。可以看出,虽然偏振滤镜消去了大部分的反射光,但是仍然有一部分反射光存在。这是因为在45度角离布儒斯特角甚远,玻璃面上的反射光是部分偏振光,偏振滤镜无法把这样的反射光全部滤去。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    下面这样照片拍摄时调整了相机的位置,使相机与玻璃面的夹角大约在55度,基本上等于布儒斯特角。从玻璃面上反射光是线偏振光,用偏振滤镜可以把反射光几乎全部滤去。从这几张照片中可以看出,只有在布儒斯特角入射的光线,其反射光才会是线偏振的。。另外,我们还应该注意到,摄影中所用的线偏振滤镜是用人造偏振片制成的。与实验室里用于产生线偏振光的偏振器件如尼科尔棱镜不同,人造偏振片是利用其对平行和垂直与光轴方向的偏振光吸收率不同(二向色性)而产生偏振光的。虽然我们称其为线偏振滤镜,但是我们要知道:线偏振并不“线”。因为自然光通过这种滤镜后并不是真正的线偏振光,而是部分偏振光,其偏振度由人造偏振片的质量决定。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

        立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像,制成电影胶片.在放映时,通过两个放映机,把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映,使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上.这时如果用眼睛直接观看,看到的画面是模糊不清的,要看到立体电影,就要在每架电影机前装一块偏振片,它的作用相当于起偏器.从两架放映机射出的光,通过偏振片后,就成了偏振光.左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直.这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处,偏振光方向不改变.观众用上述的偏振眼镜观看,每只眼睛只看到相应的偏振光图象,即左眼只能看到左机映出的画面,右眼只能看到右机映出的画面,这样就会像直接观看那样产生立体感觉.这就是立体电影的原理.

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  • 偏振光模式与偏振光滤镜

    千次阅读 2015-03-10 10:56:12
    偏振光的认识,开始于3D偏振电影,其原理很容易理解“左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同,右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同,这样,银幕上的两个画面分别通过两只眼睛...

    对偏振光的认识,开始于3D偏振电影,其原理很容易理解“左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同,右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同,这样,银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察,在人的脑海中就形成立体化的影像了。” 所以,对于偏振光成像,一直以为应用场景就是sensor经过偏振片之后,接收特定矢量方向的偏振光源,而生成理想的图像。

    近期看到皮肤检测仪中也有偏振光模式,至于为何能投射到真皮层尚未可知,但是可以明显对比一般模式下照射的皮肤,很容易被皮肤上的水和油脂所产生的高亮面而误导判断结果,而转用偏振光模式后,可以很清晰地看到清爽的皮肤纹理。一直以为这个偏振光模式中,在sensor前面加了偏振片,是为了接收特定的偏振光源,滤掉其他振幅方向上的光,这样就不会产生强反射面而清晰成像,没想到自己的理解貌似是错误的,源于看到下面一个博友的分析。

    “光在其前进方向一边垂直振动一边前进,但是如果平均看,无论是哪个方向,都是以相同强度边振动边前进的话,那么这个光称为自然光或非偏振光。 自然光在物体表面反射后,该反射光的振动强度将发生部分变化,发生变化的部分称为部分偏振光。 但是,当光以某个角度入射透明物体时,其反射只有含前进的、一个面振动的光。 这种状态的光称为完全偏振光,即直线偏振光或平面偏振光。 另外,虽说光在前进中经常发生部分偏振光,但是照片拍摄中遇到的是直线偏振光的情况。 例如,在观看橱窗时,我们经常遇到橱窗外面的风景反射出来,或者发光,看不清橱窗内的陈列。 这是因为橱窗表面的直线偏振光太亮,内部的反射光较弱的缘故,这时如果用偏振光滤光片过滤掉反射光的话,则可以利用内部的反射光进行拍摄,结果可以清晰地拍摄橱窗内的陈列。”[转自 :http://bbs.zol.com.cn/dcbbs/d395_282.html]

    竟然产生强反射的是偏振光。现实生活的成像中过多的是需要把这种偏振光滤掉,而非接收。

    如下述几种应用:

    • 偏振眼镜(驾驶&钓鱼等场景)

    在阳光充足的白天驾驶汽车,从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光,常会使眼睛睁不开。由于光是横波,所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此,只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。

    • 汽车车灯和前驾驶窗玻璃

    汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时,为了避免双方车灯的眩目,司机都关闭大灯,只开小灯,放慢车速,以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片,而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角,那么,司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光,而看不到对面车灯的光,这样,汽车在夜间行驶时,即不要熄灯,也不要减速,可以保证安全行车。

    • 摄像机镜头

    自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光,而且入射角变化时,偏振的程度也有变化。在拍摄表面光滑的物体,如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等,常常会出现耀斑或反光,这是由于反射光波的干扰而引起的。如果在拍摄时加用偏振镜,并适当地旋转偏振镜片,让它的透振方向与反射光的透振方向垂直,就可以减弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。


    补充一些基本概念:

    自然光

    光波是横波,即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常,光源发出的光波,其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向,但统计平均来说,在空间所有可能的方向上,光波矢量的分布可看作是机会均等的,它们的总和与光的传播方向是对称的,即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同,这种光就称为自然光
    完全偏振光

    (a)线偏振光
    光矢量端点的轨迹为直线,即光矢量只沿着一个确定的方向振动,其大小随相位变化、方向不变,称为线偏振光。
    (b)椭圆偏振光
    光矢量端点的轨迹为一椭圆,即光矢量不断旋转,其大小、方向随时间有规律的变化。
    (c)圆偏振光
    光矢量端点的轨迹为一圆,即光矢量不断旋转,其大小不变,但方向随时间有规律地变化。

    部分偏振光

    在垂直于光传播方向的平面上,含有各种振动方向的光矢量,但光振动在某一方向更显著,不难看出,部分偏振光是自然光和完全偏振光的叠加。

    产生机理

    • 通过反射、多次折射、双折射和选择性吸收的方法可以获得平面偏振光。可采用具有选择吸收的偏振片产生平面偏振光。
    • 偏振片是用人工方法制成的薄膜,是用特殊方法使选择性吸收很强的微粒晶体在透明胶层中作有规则排列而制成的,它允许透过某一电矢量振动方向的光(此方向称为偏振化方向),而吸收与其垂直振动的光,即具有二向色性. 因此自然光通过偏振片后,透射光基本上成为平面偏振光。由于偏振片易于制作,所以它是普遍使用的偏振器。


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  • 3D显示中广泛使用偏光显示方法具有不闪(No flash)优点,它基本原理基于偏振光。目前偏振光分为线偏振和圆偏振两种类型,其原理详述如下。 1. 什么是偏振光 光是一定波段范围电磁波,是由与传播方向垂直...

    3D显示中广泛使用的偏光显示方法具有不闪(No flash)的优点,它的基本原理基于偏振光。目前偏振光分为线偏振和圆偏振两种类型,其原理详述如下。

    1. 什么是偏振光

    光是一定波段范围的电磁波,是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。我们的眼睛能够看到的只是电磁波中的一个很小的波长范围,即400纳米到700纳米左右,这个范围的电磁波称为可见光。电磁波的振动方向与传播方向是垂直的,我们称之为横波。横波就必然有一个偏振的问题。由于同光学发展历史有关的原因,人们常把磁矢量的方向叫做偏振方向,并把磁矢量的传播方向所决定的平面叫做偏振面。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    自然光:虽然光从本质上来说是偏振的,但是自然界的大多数情况下,光表现出非偏振的。这是因为我们所看到的自然光(如太阳光,灯光)是由许多光波串组成的。这些光波串中每一串都是偏振的,但是它们的偏振方向是随机的,不断变化着的。在我们的观察时间段里平均后,在任何一个方向上都没有优势。这就是自然光,也叫非偏振光。

    线偏振光:让自然光通过一个起偏振器件后,只有一个方向的偏振光能够通过这个器件,我们就得到了线偏振光。线偏振光的振动方向是确定的。

    部分偏振光:如果线偏振光中混有一部分自然光,也就是说,这种光包含着各种方向的偏振光,而在某一方向的上体现出偏振的优势。这就是部分偏振光。

    园偏振光:这种光的偏振方向是有规律的旋转着的。而光矢量在旋转过程中的强度是保持一定的。也就是光矢量是沿着一个园旋转的。这就是园偏振光。在我们的观察时间段中平均后,园偏振光看上去是与自然光一样的。但是园偏振光的偏振方向是按一定规律变化的,而自然光的偏振方向变化是随机的,没有规律的。

    椭园偏振光:这种光的偏振方向也是在规律的旋转着的,但是它的光矢量在旋转过程中强度也在变化。也就是光矢量是沿着一个椭园旋转的。椭园偏振光在观察时间段里平均后的结果与部分偏振光相似。但是与部分偏振光不同,它的偏振方向以及光矢量的大小是按一定规律变化的。

    数码影象基础-你了解偏振镜吗?

    用偏振滤镜可以消除水面、玻璃面和其他非金属表面反射光,这是因为在这些介面上反射光的偏振状态发生了变化。

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空空如也

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偏振光的原理