Polarizator

Filtru polarizant circular pentru optica fotografica

Un polarizator (numit și filtru polarizant sau lentilă polarizată ) este un filtru care blochează radiațiile electromagnetice în funcție de polarizarea acestuia. Polarizatorul are aplicații largi în diverse domenii, cum ar fi optoelectronica , fotografia , stereoscopia , analiza de laborator etc.

Principiul de funcționare și caracteristici

Două filtre polarizate suprapuse

Redați fișierul media

Aplicarea unui filtru polarizant

Cel mai simplu filtru de realizat este un filtru dicroic. Este compus din lame distanțate între ele de ordinul lungimii de undă a luminii incidente care împiedică sau amortizează oscilația câmpului electric al luminii care nu este paralel cu axa lor de polarizare. Alte sisteme exploatează birefringența și reflexia și refracția la unghiul Brewster , cum ar fi prismele Nicol , Glan-Thompson , Glan-Taylor .

De exemplu, reflexia , în special pentru apă și suprafețele umede, este parțial polarizată, iar o parte din această lumină reflectată este blocată, permițând, de exemplu, unui pescar să vadă dincolo de suprafața apei.

Două filtre polarizante suprapuse și orientate la 90 de grade unul față de celălalt dau un efect de întunecare aproape total.

Există, de asemenea, alte dispozitive optice care produc lumină polarizată liniar, cum ar fi ferestrele Brewster utilizate în lasere .

Dacă un fascicul de lumină polarizată trece printr-un filtru polarizant, intensitatea luminii este amortizată conform legii lui Malus $I=I_{0}\cos ^{2}\theta _{i}$ ${\ displaystyle I = I_ {0} \ cos ^ {2} \ theta _ {i}}$ $I = I_ {0} \ cos ^ {2} \ theta _ {i}$ , unde este $I_{0}$ ${\ displaystyle I_ {0}}$ $Eu _ {{0}}$ este intensitatea luminii primite, $THE$ ${\ displaystyle I}$ $THE$ intensitatea luminii de ieșire e $\theta$ ${\ displaystyle \ theta}$ $\ theta$ este unghiul dintre cele două direcții de polarizare: în și în afara filtrului.

Ca o consecință dacă unghiul $\theta$ ${\ displaystyle \ theta}$ $\ theta$ este de 90 ° lumina este complet absorbită, dacă este de 0 ° trece complet prin filtru. Afișajele cu cristale lichide se bazează pe acest principiu.

Pentru a obține lumină polarizată circular, se procedează de obicei prin tratarea unui fascicul deja polarizat liniar cu dispozitive optice adecvate. Cele mai frecvente sunt foliile $\lambda /4$ ${\ displaystyle \ lambda / 4}$ $\ lambda / 4$ , adică un strat de material optic neomogen care are doi indici de refracție diferiți de -a lungul a două direcții ortogonale. Materialul trebuie să aibă o grosime $d$ ${\ displaystyle d}$ $d$ care respectă ecuația $d=\lambda /4\Delta n$ ${\ displaystyle d = \ lambda / 4 \ Delta n}$ $d = \ lambda / 4 \ Delta n$ , unde este $\lambda$ ${\ displaystyle \ lambda}$ $\ lambda$ este lungimea de undă a radiației în vid e $\Delta n$ ${\ displaystyle \ Delta n}$ $\ Delta n$ diferența dintre indicele de refracție maxim și minim.

Aplicații

Fotografie

Exemplu de utilizare a unui filtru polarizant pentru eliminarea reflexiilor

Exemplu de utilizare a unui filtru polarizant pentru a schimba luminozitatea cerului

Filtrul polarizant previne trecerea undelor de lumină reflectate de apă sau alte suprafețe. Datorită acestei proprietăți este posibilă restabilirea transparenței unui curent luminat de soare, care altfel ar părea alb sau foarte clar datorită reflectării luminii. În mod similar, cerul este mai clar și mai saturat prin blocarea luminii reflectate a vaporilor de apă prezenți în aer. Pentru a maximiza efectul, trebuie să vă încadrați cu soarele pe partea voastră.

Filtrul propriu-zis este aproape întotdeauna găzduit într-un suport rotativ care, prin intermediul unei piulițe inelare, permite planul de polarizare să fie orientat după bunul plac pentru a obține efectul dorit.

Filtrele polarizate pentru fotografie sunt disponibile în două tipuri:

liniar: adesea indicat cu inițialele PL
circular: indicat cu inițialele C-PL, PL-CIR sau CPL

Efectul fotografic al acestor două tipuri de filtre este identic. Diferența dintre cele două constă în faptul că filtrul circular, după ce a polarizat lumina prin selectarea unui plan de polarizare preferențial, îl depolarizează din nou. Acest lucru permite senzorilor de focalizare automată a camerelor moderne, sensibili la planul de polarizare al luminii care le lovește, să funcționeze corect.

Lumina cerului este, de asemenea, polarizată, iar filtrele de polarizare sunt folosite pentru a întuneca culoarea cerului fără a adăuga alte culori la alte obiecte, sau chiar în fotografiile alb-negru pentru a controla reflexia obiectelor și a apei.

O altă utilizare, deși mai puțin obișnuită, este de a suprapune două filtre polarizate: prin rotirea acestora una față de cealaltă, se obține un filtru aproape neutru de intensitate reglabilă.

Stereoscopie

Același subiect în detaliu: stereoscopie și cinema tridimensional .

Ochelari polarizați

Pentru a obține iluzia tridimensionalității, din orice plan (cum ar fi ecranul cinematografului), este necesar să recreăm paralela ochilor. De fapt, tocmai pentru că avem doi ochi vedem obiecte cu adâncimea potrivită: creierul, percepând prin ochi două imagini ușor nealiniate (aproximativ 6 cm de la un ochi la altul), reconstruiește dimensiunea și distanța acestor din punctul de observare.

Pentru a reconstrui această iluzie de tridimensionalitate este deci necesar să se ia două imagini distincte, una pentru ochiul stâng și una pentru ochiul drept, care vor fi apoi afișate prin dispozitive stereoscopice speciale ( stereoscop , anaglif etc.).

În cazul imaginilor proiectate (cinematografice sau fotografice), sistemele de anaglif , obloanele alternative (astăzi acest sistem este digitalizat și obloanele sunt lentile LCD montate pe ochelari sincronizați de un computer), iar lumina polarizată poate fi utilizată .

Pentru vizualizarea imaginilor stereoscopice, este astfel posibil să se utilizeze ochelari care montează lentile cu filtre de polarizare liniare sau circulare. În orice caz, canalul pentru ochiul stâng va avea o polarizare diferită de cea destinată ochiului drept, astfel încât cele două imagini proiectate pe ecran alternativ sunt discriminate de sistem astfel încât să fie afișate doar de ochiul pentru care sunt destinate.

Sistem RealD

Același subiect în detaliu: RealD .

Ochelari de polarizare circulară pentru sistemul RealD

Sistemul RealD folosește un proiector care alternează două imagini pentru fiecare cadru (de ex. L1-R1, L2-R2 și așa mai departe - unde L reprezintă stânga, R pentru dreapta și numărul corespunzător indică cadrul), ambele vor fi proiectate pe același ecran, alternând la o frecvență de 144 Hz (72 de cadre pe canal). În timpul proiecției, filtrul electronic de polarizare plasat în fața obiectivului alternează cele două „direcții” de polarizare: una pentru cadrul drept, una pentru cadrul stâng. Aceste imagini sunt proiectate pe un ecran special numit „ecran de argint”, care este un ecran reflectorizant care menține lumina polarizată.

Acest lucru în marea majoritate a proiectoarelor echipate cu Panoul „2K” ^{[ neclar ]} , proiectoarele Sony au un Panou 4K ^{[ neclar ]} , care vă permite să vizualizați simultan cele două cadre de pe panou și apoi să le trimiteți către o optică specială cu două obiective, în fața cărora există doi polarizatori fixi, avantajul este că nu există „bliț triplu” ^{[ neclar ]} și, prin urmare, imaginea nu clipește, este stabilă ca o proiecție normală.

Același sistem poate fi utilizat cu două proiectoare separate și o placă video de computer care trimite imaginile pentru cei doi ochi către două ieșiri sincronizate, obținând aceleași avantaje în ceea ce privește clipirea imaginii.

Pentru a discrimina cele două imagini destinate unuia sau celuilalt ochi, privitorul poartă ochelari speciali care montează filtre de polarizare circulare.

Aplicații în electronică și optoelectronică

Ochelari de soare cu lentile polarizate

Un palat văzut prin ochelarii de soare Polaroid

Principiul filtrului polarizant se aplică și ochelarilor de soare , care, pe lângă proprietatea de a concentra sau divergența razelor de lumină și de a atenua radiațiile UV-A și UV-B, printr-un filtru polarizant, blochează radiația electromagnetică, caracterizată prin vectorul electric cu diferite direcții de polarizare, lăsând să treacă numai componentele cu o direcție specifică.

Beneficii

Ochelarii cu lentile polarizate îmbunătățesc foarte mult capacitatea în situații de lumină puternică:

îmbunătăți percepția contrastului;
îmbunătățiți viziunea clară chiar și la distanță;
nu schimbă culorile naturale;
scăderea oboselii oculare. ^{[ fără sursă ]}

Efecte optice

Viziunea parbrizelor auto.

Fotografia din dreapta arată cum parbrizul unei mașini este văzut de ochiul uman, printr-o lentilă polarizată; acest parbriz, fiind realizat din sticlă laminată , modifică unghiul de polarizare a luminii care trece prin el, rezultând această rețea vizuală specială.

Dezavantaje

Monitoarele LCD sau TFT, precum cele ale telefoanelor mobile, computerelor, tabletelor, contoarelor de biciclete, radiourilor auto, cititoarelor de cărți electronice etc., au un unghi de rotație sub care obiectivul polarizat ascunde complet vederea (complet negru), dar de obicei este nici orizontală sau verticală, ci intermediară în comparație cu ochelarii polarizați.
La căștile de motocicletă, unele viziere creează efecte curcubeu ale luminii sau au o culoare dominantă, cum ar fi violeta.