تقاسم المعرفة البصرية-الاستقطاب البصري

تقاسم المعرفة البصرية-الاستقطاب البصري

يتميز الضوء المستقطب بثلاث خصائص أساسية: الطول الموجي ، والشدة ، والاستقطاب. الطول الموجى للضوء سهل الفهم. على سبيل المثال ، يتم توزيع مدى الطول الموجي للضوء المرئي بين صولي ولي ولي نانومتر. من السهل أيضًا فهم شدة الضوء ؛ ما إذا كان شعاع الضوء قويًا أو ضعيفًا يمكن تمييزه بقوته. على النقيض من ذلك ، يصف الاستقطاب المميز للضوء اتجاه الاهتزاز لمتجه المجال الكهربائي ، وهو ليس مرئيًا ولا ملموسًا ، مما يجعل من الصعب فهمه بشكل عام. ومع ذلك ، من الناحية العملية ، فإن خاصية الاستقطاب للضوء لا تقل أهمية ولها تطبيقات واسعة النطاق في الحياة اليومية. على سبيل المثال ، شاشات الكريستال السائل (شاشات lcd) التي ننظر إليها كل يوم تستخدم تقنية الاستقطاب لتحقيق شاشة ملونة وتعديل التباين. تستخدم النظارات ثلاثية الأبعاد التي نرتديها عند مشاهدة الأفلام ثلاثية الأبعاد في المسارح أيضًا استقطاب الضوء.

للمهنيين العاملين في مجال البصريات ، وجود فهم شامل لظاهرة الاستقطاب وتطبيق هذه المعرفة في النظم البصرية العملية يمكن أن تكون مفيدة جدا لنجاح المنتجات والمشاريع. لذلك ، بدءًا من هذه المقالة ، سنقدم مفهوم استقطاب الضوء بطريقة سهلة الفهم ، تمكين الجميع من اكتساب فهم عميق للاستقطاب وتطبيقه بشكل أكثر فعالية في عملهم.

المعرفة الأساسية للاستقطاب

بما أن المفاهيم المعنية كثيرة جدًا ، سنقوم بتقديمها خطوة بخطوة في العديد من الأقسام الفرعية.

في مفهوم الاستقطاب

نحن نعلم أن الضوء هو نوع من الموجات الكهرومغناطيسية. كما هو موضح في الشكل أدناه ، تتكون الموجة الكهرومغناطيسية من حقل كهربائي (E) وحقل مغناطيسي (B) متعامدًا مع بعضهما البعض. يتأرجح هذان الحقلان في اتجاهاتهما وينشران بشكل مستعرض على طول اتجاه الانتشار (Z).

في موجة كهرومغناطيسية ، يتأرجح متجه المجال الكهربائي (E) وموجه المجال المغناطيسي (B) بشكل عمودي مع بعضهما البعض وإلى اتجاه انتشار الموجات (Z). يشير استقطاب الضوء على وجه التحديد إلى اتجاه وسلوك متجه المجال الكهربائي (E) أثناء انتشار الموجة.

فهم مفهوم الاستقطاب أمر بالغ الأهمية لأنه يؤثر على كيفية تفاعل الضوء مع المواد وكيف يمكن التلاعب به في التطبيقات المختلفة. على سبيل المثال ، يمكن استخدام الضوء المستقطب لتقليل الوهج ، وتعزيز التباين في أنظمة التصوير ، وتمكين التصور ثلاثي الأبعاد في الأفلام.

في الأقسام التالية ، سنتعمق أكثر في أنواع الاستقطاب المختلفة ، وكيف يمكن توليدها والتلاعب بها ، وتطبيقاتها العملية في الحياة اليومية والأنظمة البصرية المتقدمة.

لأن المجال الكهربائي والحقل المغناطيسي متعامدان مع بعضهما البعض ، ولديهما نفس الطور ، وينشران في نفس الاتجاه ، في الممارسة العملية ، يتم وصف استقطاب الضوء من خلال تحليل تذبذب المجال الكهربائي. كما هو موضح في الشكل أدناه ، يمكن أن يتحلل متجه المجال الكهربائي (\ mathbf{E} ) إلى مكونات (e-x) و (e-yy). يشير الاستقطاب إلى توزيع اتجاهات التذبذب لمكونات المجال الكهربائي (eux) و (e_ y) عبر الزمن والمكان.

بمزيد من التفاصيل ، يمكن التعبير عن متجه المجال الكهربائي (\ mathbf{E} ) على النحو التالي: [ \ mathbf{E} = e_ x \ hat{i} ey \ hat{j} ] حيث (\ hat{i} ) و (\ hat{j} ) هي متجهات وحدة في الاتجاهين x و y ، على التوالي.

يحدد سلوك (e_ x) و (e_ y) بمرور الوقت والمساحة نوع الاستقطاب:

الاستقطاب الخطي: إذا كان (_ ex) و (e_ y) في الطور (أو خارج الطور بالدرجات) ، فإن متجه المجال الكهربائي (\ mathbf{E} ) يتأرجح في طائرة واحدة. تعتمد زاوية هذه الطائرة على المقادير النسبية لـ (ei-x) و (eyy).

الاستقطاب الدائري: إذا كان (_ ex) و (e_ y) يتمتعان بنفس السعة ولكن خارج الطور بمقدار 90 درجة ، فإن متجه المجال الكهربائي (\ mathbf{E} ) يتتبع دائرة في الطائرة عمودي على اتجاه الانتشار. يحدد اتجاه الدوران (في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة) ما إذا كان الاستقطاب الدائري الأيمن أو الأيسر.

الاستقطاب الإهليجي: إذا كان (e_ x) و (e_ y) لديهما سعة مختلفة و/أو خارج الطور بمقدار عشوائي غير 0 أو 90 درجة ، يتتبع متجه المجال الكهربائي (\ mathbf{E} ) القطع الناقص. هذا هو الشكل الأكثر عمومية للاستقطاب.

عن طريق فهم كيفتتأرجح مكونات الحقل الكهربائي (ex) و (e_ y) ، يمكننا وصف حالة الاستقطاب للضوء بشكل كامل. هذا الفهم ضروري لتصميم وتحليل الأنظمة البصرية التي تعتمد على الاستقطاب ، مثل مرشحات الاستقطاب ، وشاشات الكريستال السائل ، وأنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار وأجهزة الاتصالات.