Поляризационный свет: Поляризационные фильтры: как они работают и для чего нужны

Содержание

Поляризационные фильтры: как они работают и для чего нужны

Короткий ответ

Потому что они делают цвета фотографии более насыщенными, а также избавляют картинку от бликов.

Видимый свет, как и любое другое электромагнитное излучение, является волной. Поляризованным светом называется излучение, волны которого колеблются в одной плоскости. Изначально солнечный свет не поляризован, то есть у его волн нет чётко определённого направления поперечных колебаний. Но по пути к фотоаппарату свет то и дело отражается и преломляется. В итоге мы имеем блики на различных поверхностях, а на небе появляется специфичная пелена. Поляризационный фильтр создан, чтобы бороться с этим.

Длинный ответ

Чтобы развёрнуто ответить на вопрос «Зачем нужны поляризационные фильтры?», нужно начать с того, что такое поляризованный (и вообще любой) свет.

Свет

Световые волны – это видимый спектр электромагнитного излучения где-то между 400 и 700 нм. Он состоит из электрических и магнитных волн. Они довольно громоздко выглядят вместе (плюс магнитные волны никак не относятся к вопросу о поляризации), поэтому давайте ограничимся электрической составляющей. Волна колеблется перпендикулярно направлению своего движения.

Что же такое поляризация? Представьте себе световую волну, направленную прямо в ваш глаз. Если развернуть предыдущий рисунок на 90 градусов, то всё, что нам будет видно, это колебание волны вверх-вниз. Такой световой луч называется поляризованным. Так что поляризованным называется тот свет, электрическое поле которого колеблется только в одном направлении. Вертикально в данном случае. Это может быть и горизонтальная, и любая, в принципе, ориентация.

Ладно, но как тогда получить неполяризованный свет? Без проблем. Большая часть света, что мы видим, не поляризована. Свет, исходящий напрямую от солнца, не поляризован. То же касается лампочки накаливания, любого горячего светящегося объекта. В один момент времени поле может быть направлено в одну сторону, а в другой – совсем в другую. Это происходит в случайном порядке.

Линейная поляризация

Допустим, вам по каким-то причинам нужно получить поляризованный свет. Как это сделать? Просто используйте поляризатор. Это материал, пропускающий свет. Но пропускает он только свет, ориентированный в одном направлении.

Представим поляризатор, пропускающий только вертикально ориентированный свет. Если поставить его в одну линию с лампой и глазом, он отсечет любой свет, кроме поляризованного вертикально. Естественно, за счет потери части излучения, мы получим несколько более темную картинку.

Взяв поляризатор с горизонтальной ориентацией, мы получим горизонтально поляризованный свет.

И как все это использовать?

Здорово, но зачем вся эта поляризация нужна в обычной жизни, ведь мало кто собирается проводить ежедневные эксперименты? Вспомните солнцезащитные очки с поляризацией (нет, они так называются не только потому, что маркетологи зацепились за модное словечко и нашли повод поднять цену на них в несколько раз) и то, как они борются с бликами и отражениями.

Как это работает? Представьте себя стоящим в солнечную погоду на берегу озера. Свет попадает к вам в глаза со всех направлений, отражаясь от облаков, любой поверхности по соседству. Спокойный отражённый солнечный свет. Но если вы посмотрите прямо на воду, то увидите яркий блик прямиком от солнца. В нем нет ничего хорошего: он ослепляет, причиняет боль. «Пора положить конец этим надоевшим бликам!» – скажут в отделе маркетинга какой-нибудь фирмы по производству солнцезащитных очков. К счастью, хоть прямой солнечный свет не имеет поляризации, но, отражаясь от поверхности, он, как минимум, частично поляризуется (при некоторых углах падения – полностью). Причем направление поляризации параллельно плоскости, от которой отразился свет.

Получается, что большая часть (если не вся) отраженного от поверхности света имеет четко выраженную поляризацию. Всё, что нам остаётся сделать, это надеть солнцезащитные очки с вертикальным поляризационным фильтром и тем самым отсечь блики.

Эти же очки позволят заглянуть под поверхность воды.

Всё это справедливо и для поляризационного фотофильтра. Основная разница состоит в том, что за счёт изменяемой плоскости вращения вы сами можете задавать направление поляризации.

Круговая поляризация и зачем она нужна

Помимо линейной поляризации существует другой ее вид – круговая.

Вот две волны, колеблющиеся в перпендикулярных друг другу плоскостях. В случае, когда они совершают колебания в одной фазе, их суммарный вектор направлен по диагонали. То есть мы снова получаем линейно поляризованный свет.

Но если сдвинуть горизонтальную волну на 1/4 фазы, суммарный вектор двух волн будет вращаться по часовой или против часовой стрелки. То есть, поляризация не будет всё время направлена в одну сторону, она будет круговой.

Чтобы понять, как на практике работает круговой поляризационный фильтр, нужно принять тот факт, что линейно поляризованный свет состоит не из одной электрической волны, а из вектора суммы двух перпендикулярно колеблющихся волн, как на картинке выше. Собственно, сам фильтр состоит из двух частей: линейного поляризатора и специального материала, замедляющего одну компоненту поляризованного света на 1/4 фазы.

Так, а к чему вообще все эти заморочки с круговой поляризацией, когда есть линейная?

Всё дело в том, что электроника современных камер не может адекватно работать с линейно поляризованным светом. Возможны ошибки экспозамера и фокусировки. Со светом, имеющим круговую поляризацию, такой проблемы не возникает, потому что он ведет себя как обычный природный свет.

Использование поляризационного фильтра на фотокамере

Как я писал в начале, поляризационный фильтр делает цвета фотографии более насыщенными, а также избавляют картинку от бликов. Увеличенные насыщенность и контрастность полезна при съёмке пейзажей.

Левый снимок сделан без поляризационного фильтра. Правый – с ним. На втором снимке хорошо заметна как возросшая общая контрастность изображения, так и увеличенное количество деталей в облаках. Стоит обратить внимание, что из-за отсечения фильтром части света, нижняя фотография сделана на более длинной выдержке, чем верхняя: 1/125 секунды против 1/250. Настройки ISO и диафрагмы одинаковы.

Иногда схожего эффекта можно достигнуть при обработке (часто потратив на это больше времени), но вот чего вы точно не сможете добиться, так это избавления от бликов и отражений. Использование поляризационного фильтра на правой фотографии помогло убрать большую часть бликов на окнах. Это бывает чертовски полезно, когда вам нужно сделать кадр через стекло, но из-за отражений не удаётся ничего поймать.

Такой же эффект наблюдается и с бликами на поверхности воды. Правая фотография сделана с поляризационным фильтром.

Конечно, иногда поляризационный фильтр своим эффектом может сделать фотографию хуже. Например, когда вам нужно сохранить дымку в атмосфере или оставить отражения. Всё зависит от того, как вы захотите распорядиться им в своих руках. И не стоит забывать о том, что поляризационный фильтр всегда немного затемняет изображение.

Поляризационный контраст

    Метод поляризационного контраста

 применяется главным образом для изучения анизотропных объектов, обладающих двойным лучепреломлением или отражением. Это минералы, кристаллы, шлаки, некоторые животные и растительные ткани и клетки, искусственные и естественные волокна.

   Поляризация представляет собой метод исследования объектов в поляризованном свете, т.е. свете, образованном двумя лучами, поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях. С этой целью к обычной схеме микроскопа добавляют два специальных поляризационных фильтра – поляризатор и анализатор.

   Эти фильтры, введенные последовательно в ход лучей и повернутые относительно друг друга на 90 градусов, не пропускают свет. Первый фильтр (поляризатор) изменяет плоскость поляризации света таким образом, что пропущенный им свет не может пройти через второй фильтр (анализатор). 

    При работе с проходящим светом поляризатор устанавливается в конденсор, а анализатор находится за объективом. В отраженном свете анализатор остается на своем месте, а поляризатор устанавливается перед дихроичным зеркалом сразу после апертурной диафрагмы осветителя отраженного света. В обоих случаях объект наблюдения освещается плоскополяризованным светом. Если объект при освещении поворачивает направление колебаний поляризованного света из плоскости заданной поляризатором, то в окулярах мы начинаем видеть свет, который частично пропускает анализатор. 

   Применение поляризации позволяет убрать блики поверхностей с высоким коэффициентом отражения, получить качественное и насыщенное изображение, но главное – осуществлять петрографические исследования и измерения углов поляризации для определения состава объекта.

   Микроскопы:

∙   МИКРО200(Т)-01

∙   МА 300

∙   МИ-1(Т)

∙   МИ-2(Т)

 

Поляризованный свет – НЦЗД

Солнечный свет – энергетическая основа всех жизненных процессов на планете. Поэтому неслучайно световое излучение является одним из первых физических факторов, используемых человеком для лечения различных болезней.

Последние 30 лет ознаменовались открытием и созданием активного вида светолечения – лазерного излучения, а в 1981 году впервые венгерскими учеными, занимавшимися лазером, было установлено, что биологическая активность лазерного излучения обусловлена прежде всего поляризацией. На основании полученных данных был предложен и научно-обоснован новый, более щадящий, мягкий вид светотерапии – поляризованный свет (ПС), представляющий полихроматическое (разные длины волн) некогерентное излучение низкой интенсивности. Для практического воплощения этого нового метода фототерапии в Швейцарии был создан аппарат “Биоптрон”, генеризующий видимую и инфракрасную часть солнечного света (от 480 до 3400 нм), исключая ультрафиолетовый диапазон, что делает его безвредным, не представляющим опасности для глаз и кожи.

Почти 20-летний международный опыт клинического применения поляризованного света свидетельствует о его эффективности при заболеваниях самого различного этиопатогенеза. В значительной степени это связано с тем, что ПС индуцирует в организме широкий спектр положительных функциональных сдвигов, которые проявляются в его противовоспалительном, иммуномодулирующем, ранозаживляющем, анальгетическом и нормализующим обмен веществ действии.

Учитывая имеющиеся данные, терапия с применением ПС в настоящее время все шире применяется в медицине (в детской и взрослой практике) для лечения и профилактики различных заболеваний.

Так, клинические исследования показали целесообразность проведения светотерапии ПС у женщин с эндометриозом, гипогалактией и лактостазом: выявлено снижение частоты хирургических вмешательств, а также сокращение количества послеоперационных осложнений, нормализация как количества, так и качественного состава молока.
Широко используется ПС в ревматологии, травматологии и ортопедии, в спортивной медицине. Его применение в комплексном лечении патологии мышц, суставов и связочного аппарата позволяет уменьшить острые воспалительные явления, болезненность, отечность, нормализовать трофику тканей и улучшить функционирование конечностей, способствует более быстрому заживлению травм и рассасыванию гематом.

Светотерапия от аппаратов «Биоптрон» активно применяется в дерматологии и хирургии, при лечении атопического дерматита, акне, псориаза, ожогов различного происхождения, длительно незаживающих язв, пролежней, посттравматических и послеоперационных ран. Регенерирующее и биостимулирующее действие ПС широко применяется в косметологии в различных программах ухода за кожей.

Незаменим этот фактор и в комплексной профилактике и терапии у детей, подверженных частым респираторным инфекциям.
Особая актуальность ПС для педиатрии определяется тем, что применять его можно у детей с первого дня жизни, когда выбор методов физиотерапии очень ограничен. Использование ПС способствует снижению объема медикаментозной терапии, уменьшает степень выраженности побочных реакций на различные препараты. В неонатологии поляризованный свет применяют при опрелостях, потнице, омфалитах, атопическом дерматите, ринитах, отитах и др.

  

Светолечение на аппарате Биоптрон

Данная методика построена на воздействии на организм поляризованным светом. Поляризованный свет оказывает локальное противовоспалительное действие, улучшает кровообращение в месте воздействия, поэтому показан при воспалительных заболеваниях суставов и позвоночника, травмах, дерматозах и аллергиях, а также в составе омолаживающих процедур.

Принцип действия.

В основе активности прибора «Биоптрон» лежит усиление адаптационных возможностей организма нормализация постоянства внутренней среды (гомеостаза), передача энергии и информации между системами и отдельными клетками с помощью положительных электромагнитных сигналов. К настоящему времени прибор «Биоптрон» используется для профилактики и лечения более 100 заболеваний, относящихся к различным разделам медицины.

Система светотерапии Bioptron использует наиболее полезную часть света, которая подобна части спектра солнечного света, стимулирующей естественные процессы оздоровления организма. Он не является «целителем» в прямом смысле, но как стимулятор и регулятор биологических процессов, помогает организму восстанавливать равновесие и таким образом самоисцеляться.

Так же как разные витамины и минералы оказывают на организм различное воздействие, так и каждая из длин волн света по-разному влияет на наш организм. Людям для хорошего физического, эмоционального и умственного состояния необходимо воздействие широкого спектра длин волн.

Поляризация света — характерная особенность Системы Светотерапии Биоптрон — все световые волны распространяются в параллельных плоскостях.

Свет Биоптрон, как один из методов лечения, имеет ряд преимуществ. Прежде всего, он усиливает энергетическую активность мембраны клетки. Это приводит к активации метаболических процессов, к увеличению синтеза ферментов клетками, что обеспечивает производство энергетических запасов. Благодаря тем же самым механизмам, ткани организма поглощают большее количество кислорода. Защитная система организма стимулируется на клеточном и гуморальном уровне. Например, на клеточном уровне, усиливается активность жизненно важных клеток-фагоцитов. На уровне клеток крови, увеличивается количество иммуноглобулинов и белков плазмы, что усиливает иммунные реакции. Кроме этого, в ряде случаев также доказано, что видимый поляризованный свет непосредственно воздействует на нервные окончания, энергетические меридианы и нервную систему в целом.

Области применения аппарата Биоптрон:

1. Заживление ран:

  • ожоги,
  • пролежни,
  • операции,
  • травмы,
  • повреждения.

2. Лечение боли:

  • ревматология (ревматоидные артриты, поясничные боли, боль в области шеи),
  • спортивная медицина (ушибы, переломы, перенапряжение мышц, растяжение связок, порезы, гематомы),
  • физиотерапия и реабилитация (послеоперационная боль, повреждения мягких тканей, отеки, переломы, мышечная боль, боль в суставах, локоть теннисиста).

3. В косметологии:

  • уменьшает признаки старения кожи,
  • усиливает действие косметических средств.

Использование поляризованного света

При способе освещения, рассмотреном в статье “Темнопольная микроскопия”,  применяется обыкновенный свет, в котором колебания совершаются во всех направлениях в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света (рис.1,а).

 

   
 а б 

 Рисунок 1. Направление колебаний частиц обыкновенного света (а), поляризованного света (б) [1].

   Соответственно этому обыкновенный свет применяется в металлографии для исследования изотропных объектов, или же в тех случаях (а их большинство), в которых данные об анизотропии не важны или не являются целью. Оптические свойства анизотропных микрообъектов различны в различных направлениях и проявляются по-разному в зависимости от ориентации этих объектов относительно направления наблюдения и плоскости поляризации света, падающего на них, поэтому при их исследовании применяется поляризованный свет, обладающий свойством анизотропии.

  В поляризованном свете имеют место колебания только в одном определенном направлении в плоскости, перпендикулярной направлению распространения света (рис.1, б). Визуально различить обыкновенный и поляризованный свет невозможно. Получение и анализ поляризованного света основан исключительно на его взаимодействии с веществом. Непременным условием при этом является анизотропия самого вещества.  В микроскопии для получения и анализа поляризованного света используются две призмы Николя (общепринятый термин – просто «николи»). Николи изготавливаются из прозрачных кристаллов исландского шпата, обладающего свойством двойного лучепреломления. Поэтому николь пропускает колебания только одного направления. Схема получения поляризованного света представлена на рис. 2. Поскольку обыкновенный свет содержит колебания различных направлений, то первый николь всегда пропустит какую-то часть из них, в соответствии с направлением своей оптической оси. Если ориентация оптических осей николя 2 и николя 1 совпадают (николи параллельны, рис. 2,,а), то николь 2 пропустит свет. Если ориентации оптических осей николей взаимно перпендикулярны (николи скрещены, рис. 2,б), то поверхность образца при этом будет восприниматься темной; николь 2 только пропускает эллиптически поляризованный свет. Подробно этот вопрос рассмотрен в [1].

 

 Рисунок 2. Схема хода лучей при параллельных и скрещенных николях [1].

Николь 1 называется поляризатором, николь 2 – анализатором.
Метод наблюдения в поляризованном свете (поляризационная микроскопия) служит как для микроскопических исследований минералов, биологических объектов, так и для анализа структуры металлов и неметаллических материалов.
Традиционно в металлографии поляризованный свет применяют для изучения неметаллических включений [1]. Поскольку определенная часть неметаллических включений оптически прозрачна, исследование основано на различии оптических свойств включения в различных направлениях, т.е. их оптической анизотропии [2]. Оптическая анизотропия проявляется при прохождении света внутри включения и при отражении света от его поверхности. Плоская поверхность и прозрачное включение по-разному взаимодействуют со световым потоком. Плоско поляризованный свет, отраженный от плоской поверхности, задерживается анализатором и поверхность выглядит темной. Часть света преломляется на внешней поверхности включения, проходит внутрь, отражается на поверхности включение-металл и выходит наружу, вновь испытывая преломление на внутренней поверхности [2]. В результате свет перестает быть поляризованным. Поэтому при скрещенном положении анализатора и поляризатора видно светлое изображение включения на темном фоне. Цвет включения может изменяться в результате интерференции, что связано с анизотропными эффектами при отражении поляризованного света.
Используя поляризованный свет можно сделать выводы о форме прозрачных включений. Если включение имеет правильную круглую форму, то на его светлопольном (рис.3,а) и темнопольном изображениях появляются концентрические кольца, связанные с интерференцией лучей, отраженных от внутренней поверхности включения. В поляризованном свете при скрещенных николях наблюдается эффект темного креста (рис. 3,б). Контраст концентрических колец и темного креста зависит от совершенства формы включения.

 а б 

Рисунок 3. Шаровидные остеклованные включения металлургического шлака в светлом поле (а) и поляризованном свете (б).

 Рисунок 4. Круглое включение шлака в силумине: а – светлое поле, б – темное поле, в,г – поляризованный свет ( в –николи параллельны, г- николи скрещены)

Если включение не прозрачно, то концентрические кольца на светлопольном и темнопольном изображениях не проявляются. В поляризованном свете (рис.4,в-г) эффект темного креста отсутствует.

Специфические эффекты, возникающие в поляризованном свете, рассмотрены также в статье «Оптические эффекты». Это, в первую очередь, ямки травления и световые фигуры на дефектах поверхности.
Здесь остановимся на том, что можно получить в поляризованном свете для достаточно обычных в металловедении объектов. На рис.5 показано сравнение фотографий структуры серого чугуна, полученных различными методами контрастирования. Для данного материала наиболее информативно светлое поле, видно максимальное количество деталей изображения. В темном поле «светятся» все неплоскостные детали структуры – цементит и фосфид железа. Плоскости – феррит и матрица фосфидной эвтектики – темные. Включение графита – серое, немного видны его границы. Можно сказать, что в темном поле данное изображение, в основном, черно-белое. В поляризованном свете картина меняется. Цементит перлита «светится». При этом каждая колония имеет свой цветовой оттенок, в зависимости от ориентации. Цементит в составе фосфидной эвтектики должен был бы тоже «светиться», но при данном масштабе изображения этого не видно. Соединение Fe3P светится. Поскольку феррит имеет кубическую объемно-центрированную кристаллическую решетку, он не изменяет плоскость поляризации, поэтому в поляризованном свете феррит – темный.

   
                                      а                                           б 
   
                                          в  

Рисунок 5. Структура серого чугуна: а – светлое поле, б – темное поле, в – поляризованный свет.

На рис.6 показана структура чугуна, легированного ниобием. Фазовый состав – карбиды и аустенит. В поляризованном свете карбидная фаза окрашена в оттенки синего. Темная составляющая – аустенит в составе эвтектики.

   
                                          а                                               б 

Рисунок 6. Структура чугуна: а – светлое поле, б – поляризованный свет

1. А.Н.Червяков, С.А. Киселева, А.Г. Рыльникова. Металлографическое определение включений в стали. М.: Металлургия, 1962.

2. Е.В.Панченко и др. Лаборатория металлографии. М.: Металлургия, 1965.

Поляризационный светофильтр. Что это такое и как им пользоваться?

Дата публикации: 31.03.2020

Поляризационный светофильтр — один из немногих, дающих такой эффект, которого невозможно добиться при обработке на компьютере. В этой статье мы разберёмся, зачем он необходим и как его применяют на практике.

Поляризационный светофильтр — это устройство, отсекающее поляризованный свет. Применительно к практике фотографии, поляризованный свет содержится прежде всего в отражениях. То есть поляризационный светофильтр позволяет убирать нежелательные отражения и блики с объектов на фото. Он используется фотографами для управления бликами на стекле, воде и прочих глянцевых неметаллических поверхностях.

Блики с поверхности воды убраны поляризационным фильтром.

Поляризационный фильтр не применялся: вода покрыта бликами, дна не видно.

В пейзажной фотографии такой фильтр применяется для устранения бликов на воде и подчеркивания текстур. В портретной — чтобы убирать нежелательные блики с лица человека. А при съёмке с улицы модели, сидящей за столиком внутри кафе, можно с помощью «полярика» убрать все отражения с окна витрины. Аналогичная ситуация и для свадебной фотографии: классический кадр с невестой, улыбающейся из окна лимузина, удобнее снимать с поляризационным фильтром, чтобы в стекле не отражался сам фотограф. Областей применения у поляризационного фильтра много. Тут фотографу важно проявить наблюдательность и фантазию, чтобы понять, какой блик или отражение желательно убрать, а какой — оставить и подчеркнуть.

Кроме этого, «полярик» может сделать картинку немного контрастнее, а цвета — насыщеннее. Это хорошо помогает, если мы снимаем при сильной дымке, в знойный летний день. Без фильтра в таких условиях кадры получаются блёклыми. А при его использовании голубой оттенок неба в кадре станет темнее и сочнее, а контуры облаков — контрастнее.

NIKON D850 / 18-35 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 64, F5, 60 с, 21.0 мм экв.

По типу работы с поляризованным светом поляризационные фильтры делятся на линейные (маркировка PL) и циркулярные (маркировка CPL). Однако линейные поляризационные фильтры сегодня практически невозможно встретить в продаже. Дело в том, что они нарушают работу экспозамера и фазовой фокусировки фотокамеры, а значит, их можно использовать только в полностью ручном режиме съёмки. Подавляющее большинство фильтров на рынке — CPL, они не оказывают никакого негативного воздействия на работу автоматики фотоаппарата.

Поляризационный светофильтр Nikon для объективов с диаметром резьбы 77мм.

Как и прочие светофильтры, поляризационные выпускаются в разных форматах. Как правило, фотографы используют те, что накручиваются на резьбу, находящуюся вокруг передней линзы объектива. При выборе такого светофильтра узнайте диаметр резьбы вашего объектива и подберите подходящий диаметр фильтра. Диаметр резьбы всегда указан в характеристиках объектива, на задней стороне его передней крышки и часто — на корпусе самого объектива.

На оправе резьбового поляризационного светофильтра есть вращающееся кольцо. Им мы вращаем светофильтр и находим идеальное его положение, в котором устраняются те блики, которые мы хотим убрать из кадра.

Впрочем, поляризационный фильтр может выпускаться и в виде прямоугольной пластины для специального держателя, и в виде специального фильтра-вставки для некоторых объективов с очень большой передней линзой.

Nikon AF-S NIKKOR 300mm f/2.8G ED VR II. Специальные фильтры вставляются в слот, расположенный возле байонета камеры.

Nikon C-PL1L — фильтр для телеобъективов. Такой фильтр, к примеру, подходит для объектива Nikon AF-S NIKKOR 300mm f/2.8G ED VR II.

Все поляризационные светофильтры немного затемняют кадр, примерно на 2 ступени экспозиции. Об этом важно помнить, снимая при слабом освещении. Поэтому же поляризационный фильтр, в отличие от защитного, не стоит носить на объективе постоянно — снимать им с рук при слабом освещении неэффективно. Впрочем, иногда это свойство поляризационного фильтра стоит использовать себе на руку. Им можно заменить нейтрально-серый светофильтр ND4. Это пригодится, например, когда мы снимаем на светосильную оптику при очень ярком освещении. Таким образом получится застраховать кадр от пересветов. А фотографы-пейзажисты смогут использовать затемняющие свойства «полярика» при съёмке на длинных выдержках со штатива.

Ещё одна особенность поляризационного светофильтра — при использовании на сверхширокоугольной оптике он может вызвать неравномерное затемнение на небе. Этот эффект совершенно не зависит от качества и цены самого фильтра, такова физика.

Nikkor Z 14-30mm F/4 S — сверхширокоугольный объектив для беззеркальных камер Nikon Z

Nikon AF-S NIKKOR 16-35mm f/4G ED VR — сверхширокоугольный объектив для зеркальных камер Nikon

Поэтому, если вы используете объектив с фокусным расстоянием короче 35 мм для полного кадра и 28 мм для кропа, следите за тем, не появились ли на небе нежелательные затемнения. В случае их появления просто покрутите фильтр в оправе, они уйдут.

NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 64, F16, 1 с, 18.0 мм экв.

Поляризационный фильтр не является предметом первой необходимости в арсенале фотографа. Так, например, для начинающего пейзажиста или предметного фотографа гораздо важнее хороший штатив и умение им пользоваться, а для свадебного фотографа — портретный объектив для постановочных фотосессий и внешняя вспышка для репортажной съёмки на банкете. Тем не менее, качественный поляризационный светофильтр расширит ваши творческие возможности и позволит получить чуть больше выразительных кадров. Используете ли вы поляризационный светофильтр в работе? Делитесь своими фотографиями в комментариях!

Поляризованный свет. Свет и освещение

Читайте также

Свет и цвет*

Свет и цвет* <I.>Для живописца, как и для скульптора, не существовало иного света, как только свет, через посредство которого происходит та или иная формовка вещи; свет как бы не становился главной целью, как только простым техническим средством для выявления задуманной

СВЕТ В ЛАДОНЯХ

СВЕТ В ЛАДОНЯХ Он любил природу и стремился… обогатить ее полетом мысли и украсить фантастическими парадоксами. Ядвига Чюрлёните Микалоюс Константинас Чюрленис (1875 — 1911) — композитор, художник — родился и жил в Друскининкае (Южная Литва). Картины его декоративны,

Свет и изображения

Свет и изображения Видимый свет дает нам наиболее полное отображение или воспроизведение действительности. Зрение снабжает мозг человека значительно большим объемом информации, чем любой другой орган чувств, а наша способность обрабатывать зрительную информацию

Дневной свет

Дневной свет Положение Солнца меняется в зависимости от времени года и суток. Его яркость также меняется, но в незначительной степени, и это представляет интерес скорее для астрофизиков, чем для фотографов. Когда солнце стоит высоко в небе, что бывает в течение шести

Искусственный свет

Искусственный свет Все наши трудности начинаются именно тогда, когда мы отвлекаемся от солнечного света, а характеристики времени года, суток, погодные условия перестают иметь значение. Искусственные источники света бесконечно разнообразны – с отражателями и

Лунный свет

Лунный свет Чтобы добиться на фотоснимке эффекта лунного освещения, применяют голубые светофильтры в сочетании с недодержкой. Это соответствует нашему зрительному восприятию лунного света, который мы считаем голубым и темным. На цветном фотоснимке, полученном при

Свет и цвет

Свет и цвет Белый свет состоит из смеси излучений с длинами волн от 440 до 700 нм. Это по крайней мере стандартное объяснение. На самом деле белого света как такового не существует; просто человеческий глаз, реагируя на излучения с длинами волн в пределах указанного

Свет мира

Свет мира В свое время представление о Толедо формировал его образ на полотнах великого испанского живописца Доменико Теотокопули Грека, известного миру под псевдонимом Эль Греко. Старая столица послужила фоном для многих его картин; особенно хороши фантастические

ВНЕЗАПНЫЙ СВЕТ

ВНЕЗАПНЫЙ СВЕТ       Да, я здесь был когда-то.             Когда? — припомнить не могу.       Лишь помню трав весенних ароматы             На берегу, Огни вдали и шумных волн раскаты.       Я был с тобой когда-то.             Когда? Не помню, вот беда.       Твой взгляд

§7 Свет и тень

§7 Свет и тень Объемная форма предметов передается на рисунке не только построенными с учетом перспективных сокращений поверхностями, но и с помощью светотени. Свет и тень (светотень) – очень важное средство изображения предметов действительности, их объема и положения

Что нужно знать о поляризационной световой микроскопии

Поляризационная микроскопия включает использование поляризованного света для исследования оптических свойств различных образцов. Хотя первоначально он использовался преимущественно в области геологии, в последнее время он стал более широко применяться и в областях медицинских и биологических исследований.

Поляризационная световая микроскопия – это метод повышения контраста, позволяющий оценить состав и трехмерную структуру анизотропных образцов.Он использует поляризационные фильтры, чтобы использовать поляризованный свет, настраивая движение световых волн и заставляя их вибрацию в одном направлении.

Что такое поляризованный свет?

Обычный световой микроскоп использует неполяризованный белый свет. Это свет, который мы видим, и его волны колеблются в случайных направлениях. Однако поляризованный свет имеет волны, которые колеблются только в одном направлении, и мы не можем их нормально увидеть.

Этот тип света используется в поляризационной микроскопии для улучшения качества изображения при исследовании двулучепреломляющих (двулучепреломляющих) анизотропных материалов.Анизотропные вещества «зависят от направления», то есть они не ведут себя одинаково во всех направлениях. Одним из таких примеров является древесина, которая легче ломается вдоль волокон, чем против них. С другой стороны, сталь изотропна и ведет себя одинаково во всех направлениях.

Как это перевести в оптические термины? В общем, большинство жидкостей и газов изотропны и имеют одинаковые оптические свойства во всех направлениях: то есть имеют один показатель преломления. Напротив, большинство твердых материалов анизотропны.Их оптические свойства меняются в зависимости от ориентации падающего света (света, падающего на поверхность), и они имеют множество показателей преломления.

Ключевые компоненты поляризационной световой микроскопии

Хотя вы можете купить поляризационные микроскопы, готовые к использованию, многие ученые просто модифицируют свой традиционный световой микроскоп, чтобы использовать его для изучения перекрестно-поляризованным светом (где направления поляризации поляризатора и анализатора разнесены на 90 градусов, чтобы вызвать экстинкцию: я.е., когда поле зрения становится максимально темным). Как правило, для поляризационной микроскопии вам понадобятся два дополнительных:

  • Поляризатор: Этот фильтр можно вращать вручную и размещать где-нибудь на пути света под образцом, обычно под предметным столиком. Он выровнен по горизонтали (в положении восток-запад) и состоит из частиц, расположенных только в одном направлении. Следовательно, он позволяет только световым волнам, колеблющимся вдоль своей оси поляризации, полностью проходить сквозь него, поглощая световые волны, движущиеся в других направлениях.
  • Анализатор: Это еще один поляризатор, расположенный вертикально (в положении север-юг) между линзами объектива и окулярами. Большинство студенческих микроскопов имеют фиксированный анализатор, обычно устанавливаемый над предметным столиком. Это упрощает достижение перекрестной юстировки поляризатора (когда направления поляризации поляризатора и анализатора разнесены на 90 градусов). Однако в зависимости от микроскопа вы можете вращать поляризацию или толкать ее внутрь или из светового тракта в соответствии с вашими потребностями.

Как работает микроскопия в поляризационном свете?

Световые волны являются всенаправленными и распространяются под углом, перпендикулярным направлению распространения луча. Поэтому, когда вы включаете источник света микроскопа, свет движется вверх и поляризуется, чтобы двигаться в одном направлении поляризатором. Это приводит к блокировке всего проходящего света, за исключением тех световых волн, которые колеблются параллельно своим привилегированным направлениям (прохождения света).

Световые волны затем проходят через образец и колеблются в направлении восток-запад. Они будут продолжать движение вверх без помех, если анализатор не используется.

Когда анализатор вдвинут, только свет, движущийся в направлении север-юг, может пройти. Размещение второго поляризатора (в данном случае анализатора) на пути света, повернутого на 90 градусов к оси первого, впоследствии заблокирует весь свет. Поскольку весь свет уже был поляризован, чтобы двигаться только в направлении восток-запад, свет не может пройти.Теперь поляризаторы «скрещены», и зритель будет видеть только темноту.

Применение микроскопии в поляризованном свете

Вы можете использовать эту технику, чтобы выделить особенности различных веществ, таких как кристаллы, волокна и минералы, которые могут помочь в их идентификации. Когда оба фильтра выровнены на пути света, они находятся под прямым углом друг к другу. Однако при настройке свет может проходить через фильтры под разными углами, что позволяет вам видеть разные аспекты образца.

Свет будет проходить через изотропный образец, делая его темным, или отражаться от анизотропного образца, делая его ярким на контрасте. Поскольку компоненты двулучепреломляющего анизотропного образца выровнены под разными углами, вращение поляризатора (или вращающегося предметного столика, если он есть в вашем микроскопе) приведет к тому, что разные части будут «затемнены» в разное время.

Некоторые материалы с двойным лучепреломлением, которые обычно оценивают с помощью микроскопии в поляризационном свете, включают:

  • Кость
  • Зубья
  • Поперечно-полосатая мышца
  • Кристаллы мочи
  • Кристаллы подагры
  • Амилоид

Как исследовать образец с помощью поляризационной микроскопии

  • Настроить подсветку Kohler
  • Поверните линзу объектива с 10-кратным увеличением на револьверную головку.
  • При необходимости полностью задвиньте анализатор на место, чтобы он выровнялся по световому пути.
  • Перед тем, как поместить образец на столик, постепенно поворачивайте поляризатор до тех пор, пока поле зрения не станет как можно более темным (гашение).
  • Поверните поляризатор (или вращающийся столик, если он есть в вашем микроскопе) примерно на 90, 180 и 270 градусов, а затем верните его в исходное положение 0 градусов. Когда вы смотрите в окуляры, поле будет казаться ярким, когда привилегированные направления поляризатора и анализатора параллельны.Он будет постепенно темнеть, если вы повернете один из фильтров на угол 90 градусов (перекрестная поляризация).
  • Теперь поместите образец на предметный столик и повторите описанный выше шаг. Если рассматриваемое вещество содержит материал с двойным лучепреломлением, вы увидите, что оно потемнеет или станет светлее при повороте поляризатора.

Если вы выполните следующие действия, вы сможете оценить и охарактеризовать свойства вещества в вашем образце, что поможет вам определить его природу.

Пробовали ли вы раньше поляризационную микроскопию? Ваше мнение?

Вам это помогло? Тогда поделитесь, пожалуйста, со своей сетью.

Как работают микроскопы в поляризованном свете?

Микроскопия в поляризованном свете увеличивает контраст изображения и улучшает качество изображения по сравнению с другими методами микроскопии, такими как дифференциальный контраст, фазовый контраст и флуоресцентная микроскопия.

Изображение предоставлено: Pinhead Studio / Shutterstock.com

Поляризованный свет

Свет – это электромагнитная волна.Хотя световые волны могут колебаться во всех направлениях, в целом они описываются как колебания в двух направлениях под прямым углом друг к другу.

Любой свет, который колеблется более чем в одном направлении, называется «неполяризованным светом»; тогда как световая волна, которая колеблется в одном направлении, называется «поляризованным светом». Человеческий глаз нечувствителен к направлению колебаний света.

Преобразование неполяризованного света в поляризованный

Поляризованные световые микроскопы работают путем преобразования неполяризованного света в поляризованный.Одним из способов достижения этого является поглощение легкого колебательного движения в одном определенном направлении. Это может быть сделано с помощью определенных природных минералов, включая турмалин, или синтетических пленок, выполняющих ту же функцию.

Фильтры Polaroid состоят из крошечных кристаллитов сульфата йодохинина, ориентированных в одном направлении и встроенных в полимерный фильтр. Это встраивание сделано для предотвращения миграции и изменения ориентации кристаллов. Устройство, которое выделяет плоскополяризованный из естественного или неполяризованного света, называется поляризатором.

Принцип

В микроскопе с поляризованным светом поляризатор находится между источником света и образцом. Таким образом, источник поляризованного света преобразуется в плоскополяризованный свет до того, как попадет на образец. Этот поляризованный свет падает на дважды преломляющийся образец, который генерирует две волновые составляющие, расположенные под прямым углом друг к другу. Эти две волны называются обыкновенными и необычными световыми лучами.

Волны проходят через образец в разных фазах.Затем они комбинируются с помощью конструктивного и деструктивного вмешательства анализатором. Это приводит к окончательной генерации высококонтрастного изображения.

Компоненты микроскопа поляризованного света

Поляризаторы

Поляризационные фильтры – самая важная часть поляризованного светового микроскопа. Обычно бывает два поляризационных фильтра: поляризатор и анализатор. Поляризатор расположен под предметным столиком и может поворачиваться на 360 °.Это помогает поляризовать свет, падающий на образец.

Анализатор размещается над объективом и в некоторых случаях может поворачиваться. Он объединяет различные лучи, исходящие от образца, для создания окончательного изображения.

Специализированный этап

Это предметный столик, который может вращаться на 360 ° для облегчения правильной ориентации образца относительно плоскости объектива. В несколько этапов также предоставляется шкала Нони, обеспечивающая точность до 0.1 ° по углу поворота столика.

Объективы без деформаций

Любая нагрузка на объектив во время установки может привести к изменению оптических свойств объектива, что может снизить производительность.

Также может возникнуть деформация, если объектив слишком плотно закреплен на оправе. Кроме того, необходимо точно оценить просветляющие покрытия и преломляющие свойства, чтобы обеспечить поляризацию и повышенный контраст.

Поворотный наконечник

Так как предметный столик и объективы могут вращаться во многих поляризационных микроскопах, также часто устанавливают вращающуюся револьверную головку, чтобы образец можно было визуализировать в центре поля обзора, даже если предметный столик вращается.

Компенсатор и пластины замедления

Некоторые поляризационные микроскопы имеют компенсаторы и / или тормозные пластины. Его помещают между скрещенными поляризаторами, чтобы увеличить разницу в оптическом пути в образце. Это еще больше повысит контраст качества изображения.

Таким образом, поляризационные микроскопы используются для увеличения контраста изображения для визуализации многих анизотропных субклеточных структур.

Микроскопия: фаза, поляризация и ДИК (Стивен Росс) Play

Дополнительная литература

Молекулярные выражения: наука, оптика и вы: свет и цвет


Поляризация света

Естественный солнечный свет и большинство форм искусственного освещения пропускают световые волны, векторы электрического поля которых одинаково колеблются во всех плоскостях, перпендикулярных направлению распространения.Однако, когда их векторы электрического поля ограничиваются одной плоскостью посредством фильтрации, тогда свет имеет поляризацию , относительно направления распространения.

Основная концепция поляризации проиллюстрирована выше на рисунке 1. В этом примере векторы электрического поля падающего света колеблются перпендикулярно направлению распространения в равном распределении всех плоскостей до встречи с первым поляризатором, фильтром, содержащим длинные -цепные полимерные молекулы, ориентированные в одном направлении.Только падающий свет, который колеблется параллельно направлению поляризации, может продолжать беспрепятственно распространяться. Следовательно, поскольку поляризатор 1 ориентирован вертикально, он пропускает только вертикальные волны падающего луча. Однако волны, которые проходят через поляризатор 1, впоследствии блокируются поляризатором 2, потому что он ориентирован горизонтально и поглощает все волны, которые достигают его, благодаря своей вертикальной ориентации. Акт использования двух поляризаторов, ориентированных под прямым углом друг к другу, обычно называется скрещенной поляризацией и является фундаментальным в практике микроскопии поляризованного света.

Интерактивное руководство по Java

Даже неполяризованный падающий свет, такой как естественный солнечный свет, в определенной степени поляризован, когда он отражается от изолирующей поверхности, такой как вода или шоссе. В таких случаях векторы электрического поля света, параллельные изолирующей поверхности, отражаются в большей степени, чем векторы с другой ориентацией.Однако оптические свойства поверхности в первую очередь определяют, какая часть отраженного света поляризована. Например, свойства зеркал делают их очень плохими поляризаторами, в то время как многие прозрачные материалы являются отличными поляризаторами, если угол падающего света находится в определенных пределах. Конкретный угол, вызывающий максимальную поляризацию, известен как угол Брюстера и выражается уравнением:

n = sinq (i) / sinq (r) = sinq (i) / sinq (90-i) = tanq (i)

, где n, – показатель преломления среды, q (i) – угол падения, а q (r) – угол преломления.Когда падающий свет поляризован таким образом, его часто называют бликами . В необычно яркие дни ослепление от солнечного света на проезжей части или на снежном поле может быть почти слепящим для человеческого глаза.

Интерактивное руководство по Java

Опасность вождения или выполнения других повседневных действий с большим количеством бликов в глазах привела к появлению поляризованных солнцезащитных очков.Линзы таких солнцезащитных очков содержат поляризационные фильтры, ориентированные вертикально по отношению к оправе. На рисунке 2 ниже показано, как поляризованные солнцезащитные очки устраняют блики с поверхности шоссе. Как показано, векторы электрического поля синих световых волн ориентированы в том же направлении, что и поляризационные линзы, и, следовательно, проходят сквозь них. Напротив, красная световая волна представляет собой блики, параллельные поверхности шоссе. Поскольку красная волна перпендикулярна фильтрам в линзах, они успешно блокируются линзами.

Еще одним интересным применением поляризации света является жидкокристаллический дисплей ( LCD ), используемый в таких приложениях, как наручные часы, экраны компьютеров, таймеры и часы. Эти устройства основаны на взаимодействии стержневидных жидкокристаллических молекул с электрическим полем и поляризованными световыми волнами. Жидкокристаллическая фаза существует в основном состоянии, которое называется , холестерический , в котором молекулы ориентированы слоями, и каждый последующий слой слегка закручен, образуя спиральный узор.Когда поляризованная световая волна взаимодействует с жидкокристаллической фазой, волна закручивается на угол примерно 90 градусов по отношению к падающей волне. Этот угол является функцией шага спирали холестерической жидкокристаллической фазы, который зависит от химического состава молекул. Однако шаг спирали можно точно настроить, если в молекулы внести небольшие изменения.

Ярким примером основного применения жидких кристаллов в устройствах отображения является семисегментный цифровой ЖК-дисплей, показанный на рисунке 3.Здесь жидкокристаллическая фаза зажата между двумя стеклянными пластинами, к которым прикреплены семь электродов, которые можно заряжать по отдельности. Хотя в этом примере электроды выглядят черными, в реальных устройствах они прозрачны для света. Как показано на рисунке 3, свет, проходящий через поляризатор 1, поляризован в вертикальном направлении, и, когда на электроды не подается ток, жидкокристаллическая фаза вызывает поворот света на 90 градусов, и он может проходить через поляризатор 2, что является поляризованы по горизонтали.Затем этот свет может образовывать один из семи сегментов дисплея.

Однако, когда к электродам подается ток, жидкокристаллическая фаза выравнивается с током и теряет холестерический спиральный узор. Следовательно, свет, проходящий через заряженный электрод, не скручивается и блокируется поляризатором 2. За счет согласования напряжения на семи положительных и отрицательных электродах дисплей может отображать числа от 0 до 9. В этом примере верхний правый и нижние левые электроды заряжены и, следовательно, блокируют прохождение света через них, что приводит к образованию числа «2».

Поляризация света также очень полезна во многих аспектах оптической микроскопии. Микроскопы могут быть сконфигурированы для использования скрещенных поляризаторов, и в этом случае первый поляризатор, описываемый как поляризатор , размещается ниже образца на пути света, а второй поляризатор, известный как анализатор , размещается над образцом, между объективом и окулярами. Если столик микроскопа остается пустым, анализатор блокирует свет, поляризованный поляризатором, и свет не виден.Однако, когда образец с двойным лучепреломлением или двойным преломлением помещается на предметный столик между скрещенными поляризаторами, микроскопист может визуализировать различные аспекты образца. Это связано с тем, что образец с двойным лучепреломлением вращает свет, позволяя ему успешно проходить через анализатор.

Соавторы

Мортимер Абрамовиц – Olympus America, Inc., Two Corporate Center Drive., Мелвилл, Нью-Йорк, 11747.

Шеннон Х. Нивс и Майкл У. Дэвидсон – Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 г. Ист. Пол Дирак, доктор философии, Государственный университет Флориды, Таллахасси, Флорида, 32310.


НАЗАД К СВЕТУ И ЦВЕТУ

НАЗАД К МИКРОСКОПИИ ПОЛЯРИЗАЦИОННОГО СВЕТА

Вопросы или комментарии? Отправить нам письмо.
© 1998-2021, автор – Майкл В.Дэвидсон и Государственный университет Флориды. Все права защищены. Никакие изображения, графика, сценарии или апплеты не могут быть воспроизведены или использованы каким-либо образом без разрешения правообладателей. Использование этого веб-сайта означает, что вы соглашаетесь со всеми юридическими положениями и условиями, изложенными владельцами.
Этот веб-сайт поддерживается командой

Графика и веб-программирование
в сотрудничестве с оптической микроскопией в Национальной лаборатории сильного магнитного поля
.
Последнее изменение: пятница, 13 ноября 2015 г., 13:18
Количество обращений с 10 марта 2003 г .: 106353
Посетите сайты наших партнеров в сфере образования:
Демонстрационный комплект поляризационного фильтра

, Поляризационные фильтры: Educational Innovations, Inc.

Идеи уроков

Загрузите этот урок в формате pdf!

Когда два поляризационных фильтра помещаются друг на друга, они могут быть прозрачными или непрозрачными для света.Вращая один из фильтров, проходящий свет, проходящий через фильтры, может быть включен или выключен. Когда фильтры не пропускают свет, поляризационные фильтры называют «скрещенными поляризаторами». Некоторые материалы, такие как целлофановая лента, оргстекло, кукурузный сироп и растянутый полиэтилен, демонстрируют красивые цвета при размещении между двумя перекрещенными поляризационными фильтрами.

Эксперименты:

  1. Поместите кусок слюды между двумя перекрещенными поляризационными фильтрами.Каждый цвет представляет собой разную толщину слюды. Попробуйте повернуть один поляризационный фильтр. Попробуйте повернуть слюду.
  2. Когда кусок оргстекла помещается между двумя перекрещенными поляризационными фильтрами и сжимается, появляются линии напряжения. Инженеры используют этот метод для обнаружения зон напряжений в новых конструктивных решениях.
  3. Поместите кусок полиэтилена между двумя перекрестными поляризационными фильтрами. Затем растяните полиэтилен, потянув за него. Осмотрите натянутый полиэтиленовый лист между скрещенными фильтрами.
  4. Используйте специальную целлофановую ленту для создания рисунков на листе ацетата. Затем проверьте результат, поместив его между двумя перекрещенными поляризационными фильтрами. Поверните один из фильтров.
  5. Если вы посмотрите на слова на распечатанной странице через кристалл кальцита, вы увидите двойное. Эти естественные, почти прозрачные кристаллы обладают свойством «двойного лучепреломления», то есть они разбивают свет на два различных поляризованных луча. Вращая поляризационный фильтр над кристаллом, можно просматривать по одному изображению за раз.Это явление можно отобразить с помощью диапроектора.

О поляризаторах:
Только вертикально ориентированные световые волны могут проходить через поляризационный фильтр слева. Только горизонтально ориентированные световые волны могут проходить через фильтр справа. Если фильтр слева расположен поверх фильтра справа, свет вообще не сможет пройти.

Если поляризационные фильтры расположены параллельно друг другу, свет может свободно проходить через оба фильтра.Поместив прозрачные объекты между двумя поляризационными фильтрами, можно идентифицировать те материалы, которые вращают поляризованный свет!

Попробуйте зажать пластиковый пакет между двумя фильтрами и растянуть его. Когда некоторые пластмассы подвергаются нагрузке, они вращают поляризованный свет. Попробуйте поместить прозрачную ленту между двумя поляризационными фильтрами. Некоторые марки ленты работают лучше, чем другие. Чем больше слоев ленты, тем больше света поворачивается.

Поляризованный свет | PocketLab

Свет распространяется волнами, но, в отличие от волн в океане, они слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.Поляризатор – это светофильтр, который пропускает только световые волны, движущиеся в одном направлении, позволяя нам косвенно наблюдать некоторые волновые свойства света. Этот совмещенный свет, прошедший через поляризатор, называется поляризованным светом.

Солнечный свет неполяризован

Прямой солнечный свет неполяризован, что означает, что волны распространяются во многих случайных направлениях. Когда солнечный свет проходит через поляризатор, могут проходить только волны, направленные в направлении поляризующего фильтра.Поднимите свой поляризационный фильтр к небу. Вы заметите, что поляризационный фильтр выглядит темным, потому что он пропускает только выровненные световые волны.

Отраженный свет частично поляризован

Теперь поверните поляризатор и наблюдайте за некоторыми объектами, такими как автомобили, окна или другие блестящие объекты. Вы должны заметить, что некоторые отражения исчезают. Хотя солнечный свет поляризован случайным образом, когда он отражается от поверхности, он имеет тенденцию становиться поляризованным из-за того, как световые волны взаимодействуют с поверхностью.Это будет зависеть от типа поверхности и угла отражения и может быть очень сложным. Однако мы все еще можем видеть эффекты этих почти невидимых волн через поляризатор.

Солнечный свет и атмосфера Земли

Когда вы смотрите на небо через поляризатор, происходит нечто еще более тонкое. Наблюдайте, насколько глубокий цвет неба, когда вы вращаете поляризатор. Вы, вероятно, заметите изменение яркости и цвета неба, и вы можете заметить, что облака иногда более заметны.Это связано с тем, что солнечный свет проходит через нашу атмосферу и отражается от молекул воздуха, а также становится слегка поляризованным. Это будет немного меняться в зависимости от времени суток, в основном из-за угла наклона солнца. Фотографы десятилетиями использовали такие поляризаторы для создания ярких снимков на открытом воздухе.

Если у вас есть камера мобильного телефона, вы можете поместить фильтр перед камерой и попробовать это самостоятельно. Сфотографируйте одну и ту же сцену, вращая фильтр, и посмотрите, заметите ли вы изменение цвета и контрастности.Важный совет: есть угол, при котором свет сильно поляризован, называемый углом Брюстера, и если вы находитесь под этим углом, эффект будет очень легко заметен, как на двух фотографиях ниже. Этот угол зависит, помимо прочего, от поверхности, но около 53 градусов будет близко.

Поляризованы ли лазеры?

Некоторые поляризованы, но не все. Это зависит от источника света и конструкции оптики. Вы можете проверить это с помощью поляризующего фильтра. Если у вас есть лазерная указка, направьте свет через поляризатор и поверните его.Наблюдайте за лазерным пятном на листе белой бумаги (лучше всего будет работать в затемненной комнате). Меняется ли яркость пятна при повороте поляризатора? Если это так, ваш лазер частично поляризован. Если лазерное пятно почти исчезает, оно в основном поляризовано. Мы можем сказать «частично», «почти» и «в основном», потому что идеально поляризованный свет трудно создать – для этого требуется очень хороший источник света, очень хорошая оптика и вакуум, потому что даже молекулы воздуха могут рассеивать свет и создавать поляризацию.

Что такое коэффициент вымирания?

Коэффициент вымирания

, вероятно, напоминает вам Парк Юрского периода, однако это также оптический термин и означает почти то же самое. Угасание света определяет, сколько света устраняется. Например, атмосферное вымирание, что означает количество света, заблокированного атмосферой. В нашем случае мы вызываем вымирание путем фильтрации.

Возьмите два поляризатора и поместите один поверх другого, а затем поверните один из них. Вы заметите, что они переходят от светлого к почти полностью темному.Что происходит? Когда два поляризатора выровнены, они пропускают свет, но когда они смещены на 90 градусов, они блокируют почти весь свет. Первый поляризатор пропускает волны только в одном направлении, а затем они блокируются вторым поляризатором, который пропускает волны только в противоположном направлении.

Если вы выровняете поляризаторы так, чтобы сквозь них проходил максимум света, затем медленно поверните один на 90 градусов, и он перейдет от максимума к минимуму.Отношение максимума к минимуму называется коэффициентом экстинкции.

Давай измерим

С помощью PocketLab или экспонометра вы можете использовать солнечный свет или яркую лампу в качестве источника света. Оба эти источника представляют собой неполяризованный свет. Вы будете измерять свет от лампы напрямую, без фильтра, с одним фильтром, с обоими фильтрами и снова с обоими фильтрами, но повернутыми на 90 градусов. Запишите эти четыре измерения. Если вы используете PocketLab, показания будут в люксах, что является единицей измерения освещенности в системе СИ, равной одному люмену на квадратный метр.График ниже был создан PocketLab Voyager, и вы можете четко видеть четыре различных уровня освещенности, а зарегистрированные значения представлены в таблице ниже:

Условия Люкс
Без фильтра 17 300
1 фильтр 4 000
2 фильтра (оба ориентированы в одном направлении) 3 300
2 фильтра (перекрещенные на 90 градусов) 20

Сначала рассчитаем коэффициент вымирания.Для данных, собранных выше, это будет 17,300 / 20 или 865: 1. Мы также можем рассчитать% пропускания только одного фильтра, что составит 4,000 / 17,300 23%. Вот таблица с этими двумя расчетными значениями:

Значение Как рассчитывается Результат
Коэффициент экстинкции Максимальный люкс, разделенный на минимальный люкс со скрещенными фильтрами, выраженный в виде отношения 865: 1
Трансмиссия с одним фильтром% Люкс с одним фильтром, деленный на максимальное значение в люксе, выраженное в процентах 23%

Таблицы спецификаций для поляризующих фильтров из каталога оптики (например, Edmund’s Optics) показывают диапазон пропускания от 20% до 42% и коэффициент ослабления от 19: 1 до 10 000: 1.Наши данные находятся в этом диапазоне.

Вот несколько интересных вопросов для дальнейшего изучения:

1. Что делает фильтры с более высоким коэффициентом поглощения? Возможен ли идеальный фильтр, например коэффициент экстинкции бесконечность: 1?

2. Большинство фильтров в каталоге оптики имеют пропускание около 20-40%, и, как правило, более дорогие фильтры имеют более низкое пропускание. Можете ли вы нарисовать модель того, что может происходить со световыми волнами?

Match Graph Challenge

Когда вы повернули два поляризатора, заметили ли вы, что они непрерывно меняют цвет от светлого к темному? Тогда мы должны иметь возможность создать любое значение люкс между нашими показаниями в первой таблице; 3300 люкс с двумя выровненными фильтрами, до 20 люкс с двумя перекрещенными фильтрами.

Обратите внимание на примерный синусоидальный сигнал на графике ниже. Можете ли вы воссоздать его?

Резюме и выводы

  • Свет состоит из волн, которые слишком малы для того, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом, но мы можем косвенно наблюдать волновые свойства света, экспериментируя с поляризаторами. Поляризаторы пропускают световые волны, которые выровнены только в одном направлении, и блокируют волны, которые не выровнены.
  • Солнечный свет и свет лампы неполяризованы, но могут поляризоваться, когда отражаются от поверхности.
  • Существует важный угол отражения, при котором солнечный свет становится сильно поляризованным, и он называется углом Брюстера. Угол немного варьируется в зависимости от поверхности.
  • Лазерный свет является примером поляризованного света, но не все лазеры на самом деле поляризованы – это зависит от конструкции их оптики.

Материалы

  • Два куска поляризующей пленки (комплект доступен здесь: Комплект поляризованного света)
  • Источники света (лампы, солнечный свет и т. Д.)
  • Измеритель интенсивности света (PocketLab доступен здесь: PocketLab Voyager)
  • Камера сотового телефона
  • Дополнительно – любая лазерная указка

Понимание поляризационных фильтров – Американское общество кинематографистов

Эффекты этих специальных фильтров нелегко имитировать с помощью цифровых приемов, поэтому понимание их использования важно для каждого творческого оператора.

В современную цифровую эпоху многие традиционные стеклянные фотографические фильтры выходят из моды, потому что их эффекты можно легко воспроизвести – возможно, с большей точностью и скоростью – в цветовом наборе. Это особенно верно, когда речь идет о цветовых градациях или фильтрах цветовых эффектов, но даже диффузные фильтры можно воссоздать при публикации, по крайней мере, до определенной степени, а в некоторых случаях обеспечивая большую гибкость с желаемым эффектом.

Однако поляризатор – это особый фильтр, и его эффекты не так легко воспроизвести с помощью цифровых уловок.Эти эффекты включают затемнение синего неба (под определенным углом), осветление или насыщение некоторых цветов (особенно зеленых) и устранение некоторых отражений. В то время как более темное небо и повышенная насыщенность могут быть реализованы в наборе для оценки, устранение отражений не может быть выполнено при публикации без компьютерных эффектов.

Помимо других эффектов, поляризационные фильтры могут затемнить голубое небо и сделать определенные цвета более насыщенными.

The Science
Так как же на самом деле работает поляризатор? Ответ на этот вопрос требует некоторого обсуждения физики.

Помните, что свет ведет себя двояко: как частица и как волна. Обсуждая поляризаторы, мы сосредоточимся на волновом поведении. Когда свет исходит от источника, такого как солнце или электрическая лампочка, он одинаково излучается во всех направлениях. Когда эти световые волны падают на плоский объект, особенно с глянцевой поверхностью, они отражаются от этой поверхности поляризованным образом, а это означает, что теперь свет излучается в основном в одном направлении, а не во всех направлениях одинаково.Для наших глаз – и для камеры – это обычно воспринимается как интенсивное отражение света от отражающей поверхности.

Поскольку теперь есть поляризованный свет, смешанный с неполяризованным светом, мы можем отделить однополяризованный свет с помощью поляризационного фильтра.

Поляризационный фильтр имеет дихроичный поглощающий слой, расположенный между двумя слоями стекла. Дихроичный слой, иногда называемый «фольгой», изготовлен из пластика на основе поливинилового спирта (ПВА), который растягивается во время производства, заставляя молекулы пластика выстраиваться в длинные параллельные цепочки с крошечными промежутками между ними – подумайте о стержнях тюремная камера или частокол.Эти цепи невидимы невооруженным глазом. Затем этот растянутый полимер погружают в раствор йода, и молекулы йода присоединяются к полимерным цепям. Полученная в результате структура позволяет фольге поглощать световые волны, параллельные длинным цепочкам, в то же время позволяя перпендикулярным волнам проходить сквозь них без изменений.

Первоначальный поляризационный фильтр был разработан Polaroid – той же компанией, которая начала производить мгновенные пленочные фотоаппараты – в 1929 году, а затем в 1938 году была переработана в его нынешнюю форму.Фактически, поляризационные фильтры оставались неизменными на протяжении последних 80 лет.

Поляризаторы также могут устранять отражения от глянцевые поверхности.

Polas in Action
Чтобы представить себе, как поляризатор влияет на свет, сначала представьте, что двое детей держат скакалку, натянутую между ними. Один ребенок встряхивает веревку вверх и вниз, создавая синусоидальную волну, которая проходит по всей длине веревки в одной плоскости. Теперь представьте, что веревка проходит между планками штакетника – параллельными цепями из фольги – с одним ребенком по обе стороны от забора.Когда один из детей трясет веревкой вверх и вниз, образовавшаяся волна пройдет через щель в заборе к ребенку с другой стороны; однако, если первый ребенок вместо этого трясет веревкой из стороны в сторону, образовавшаяся волна будет остановлена ​​забором и не передастся другому ребенку.

Фактически это то, что происходит с поляризационным фильтром. (На самом деле поляризатор поглощает свет, который находится в той же ориентации, что и цепи, и пропускает свет, перпендикулярный цепям, но все же аналогия с забором работает для общей концепции.Когда микроскопические линии молекул повернуты в правильную ориентацию по отношению к поляризованному свету, они блокируют попадание этого света в камеру – фольга из фольги поглощает световую энергию. Помимо уменьшения интенсивности света – о чем мы поговорим чуть позже – фильтр не оказывает заметного влияния на неполяризованный свет. Это означает, что мы можем нейтрализовать яркие отражения от поверхностей, как если бы их никогда не было, при этом все остальное мы можем видеть прекрасно.

Это может показаться волшебством, но на самом деле это наука.

Конечно, есть нюансы. Вы не можете просто волшебным образом погасить все отражения в мире; те, которые вы можете отменить, должны находиться под определенным углом к ​​камере. Кроме того, свет не обязательно отражается от поверхности идеально поляризованным образом; Возможно, вам не удастся полностью устранить отражение, но вы все равно можете значительно уменьшить его яркость. И это верно для многих разных поверхностей, а не только для идеально ровных. Вода, например, не идеально плоская, но волнистость волн (или вейвлетов) на мгновение создает «плоские» поверхности, которые отражают поляризованный свет в сторону камеры, создавая эффект мерцания; поляризаторы часто используются для устранения таких отражений.

Аналогичным образом, яркие отражения от листьев можно уменьшить с помощью полы. Отражения от окон, лобового стекла или даже глянцевого пола можно уменьшить с помощью полы. Что не может быть уменьшено, независимо от угла, так это отражения от металлических поверхностей – поскольку такой отраженный свет на самом деле не поляризован, поэтому поляризатор не может его погасить. На фотографии ниже отражение от двери автомобиля подавляется поляризатором, но на самом деле это отражение от прозрачного покрытия автомобиля, а не от самой металлической поверхности:

Отражения от лобового стекла можно значительно уменьшить с помощью поляризатора.

Хорошо, но как поляризатор затемняет голубое небо?

Это связано с тем, что солнечный свет рассеивается крошечными частицами газа в атмосфере, а именно молекулами кислорода и азота. Синий свет рассеивается сильнее, чем волны других длин, и это то, что дает нам прекрасное голубое небо. Этот рассеянный синий свет поляризован, поэтому его можно уменьшить с помощью поляризационного фильтра. Когда фильтр ориентирован так, чтобы исключить поляризованный свет, небо выглядит темнее – меньше рассеянного света означает меньшее «загрязнение» света и, следовательно, меньшую яркость.Этот эффект лучше всего достигается, когда солнце перпендикулярно кадру (под углом 90 градусов к объективу). Когда солнце расположено прямо перед линзой или за ней, поляризатор не будет влиять на поляризованный свет.

Совет. Вот небольшой трюк с двумя поляризаторами. Поместите их обоих перед линзой. Когда их ориентация совпадает, они будут работать как один поляризатор. Когда вы начнете поворачивать один из счетчиков поляризаторов на другой, общий уровень освещенности упадет.Когда фильтры ориентированы перпендикулярно друг другу, они блокируют весь свет. Это создает своего рода эффект переменной нейтральной плотности, с помощью которого вы можете создавать «затухания» в камере, если хотите.

Линейный и круговой
Есть два основных типа поляризаторов: линейный и круговой. Это не относится к физической форме фильтра (круговой поляризатор может быть квадратным или прямоугольным по форме, а линейный поляризатор может быть круглым), а скорее к тому, как свет выходит из фильтра и включает ли фильтр дополнительный тип. фильтрации.Линейный поляризатор – это просто поляризатор. Он работает, как описано выше, чтобы исключить поляризованный свет с определенного направления, позволяя при этом проходить неполяризованному свету. Проблема в том, что, проходя через фильтр, неполяризованный свет становится поляризованным; фильтр, как и штакетник, пропускает свет, который колеблется в одном направлении. Для большинства пленочных фотоаппаратов это не проблема – если только на камере нет видеокассеты, которая получает изображение через светоделительную призму.

Однако с некоторыми цифровыми камерами, а также с камерами, имеющими функцию автофокусировки или автоэкспозиции, это может быть проблемой. Эти камеры часто оснащены светоделительной призмой или частичным зеркалом, которое отклоняет свет от объектива и отправляет его на экспонометр или дополнительный датчик для экспонирования или фокусировки. Этот светоделитель или половинное зеркало поляризует свет, поэтому, если единственный свет, попадающий на светоделитель / зеркало, уже поляризован, он может быть вообще не «виден» или его интенсивность может быть неверно интерпретирована, и, как следствие, автозапуск фокус или автоэкспозиция могут работать неправильно.Циркулярный поляризатор решает эту проблему.

Круглые поляризаторы включают вторичный фильтр, называемый «четвертьволновой пластиной» или «четвертьволновым замедлителем» – на задней стороне линейного поляризатора. По сути, эта волновая пластина деполяризует свет, проходящий через фильтр. Хотя это может показаться контрпродуктивным, свойства поляризационного фильтра по-прежнему сохраняются, в то время как свет, выходящий из фильтра, «смешивается», чтобы иметь более естественную ориентацию для светоделителя камеры или частичного зеркала.

Круговой поляризатор делает это, заставляя линейно колеблющуюся световую волну «вращаться» – отсюда и термин «круговой», потому что световая волна принимает круговые колебания вместо линейных. Когда волна проходит через четвертьволновую пластину, она больше не колеблется в одной плоскости, а фактически вращается вокруг своей оси.

Линейные поляризаторы также могут вызвать проблемы с трехчиповыми вещательными / ENG камерами, которые имеют дихроичные призмы, поэтому безопаснее всего использовать круговой поляризатор и с этими камерами.На самом деле, у использования кругового поляризатора нет недостатков, кроме стоимости. Как правило, это более безопасный вариант с любой камерой.

Здесь поляризатор одновременно минимизирует – или полностью устраняет – отражения от листьев и лепестков и насыщает цвета.

Как использовать поляризатор
Поскольку поляризатор влияет на поляризованный свет только тогда, когда он правильно ориентирован под правильным углом, вы должны иметь возможность вращать фильтр, чтобы он функционировал должным образом. Как уже отмечалось, поляризаторы бывают круглой или квадратной / прямоугольной формы.Круглая версия часто имеет резьбу, позволяющую навинчивать ее непосредственно на переднюю часть линзы; резьбы могут двигаться независимо от рамки фильтра, так что, будучи прикрепленным к линзе, фильтр все еще может свободно вращаться для оптимального использования.

Некоторые поляризаторы круглой формы не имеют резьбы и вместо этого должны быть зажаты в матовой коробке с вращающимся круглым столиком. Точно так же квадратные / прямоугольные полы должны быть помещены в специальные вращающиеся ступени фильтра в матовой коробке или во вращающемся держателе фильтра. Не существует определенного порядка, в котором поляризатор должен быть размещен по отношению к другим фильтрам, используемым одновременно. Однако большинство вращающихся каскадов фильтра находятся в крайнем заднем положении в матовой коробке, поэтому обычно пола будет размещена ближе всего к линзе.

Эффект поляризатора можно увидеть в видоискателе или на мониторе, поэтому его ориентацию можно отрегулировать после того, как фильтр будет закреплен на месте. Вы также можете увидеть эффект полы невооруженным глазом; Полезный прием – встать рядом с камерой и смотреть сквозь фильтр, вращая его перед глазами, чтобы получить приблизительную ориентацию для желаемого эффекта, прежде чем закрепить его на месте.Обратите внимание, что нет необходимости использовать поляризатор с максимальной эффективностью. На самом деле в некоторых ситуациях это может выглядеть странно или нереально. Одним из замечательных преимуществ поляризатора является то, что его действие регулируется.

Если это слишком много, просто поверните немного назад, чтобы минимизировать эффект по своему вкусу.

Если вы используете круговой поляризатор, очень важно закрепить фильтр так, чтобы волновой замедлитель был обращен к линзе; если вы поместите круговой поляризатор назад, он вообще не будет иметь поляризационного эффекта.Если это круговой поляризатор круглой формы с резьбой, то производитель уже правильно сориентировал фильтр для вас – он может соединяться с линзой только в одном направлении. Однако фильтр без резьбы может иметь любую ориентацию. На фильтре должна быть отметка «эта сторона наружу». Обратите внимание на эту инструкцию! Эта маркировка также позволяет легко определить, является ли поляризатор круглым или линейным.

Если вы не уверены, является ли поляризатор круглым или линейным, и на нем нет маркировки, которая могла бы дать вам подсказку, поднесите фильтр к глазу и поверните его.Если вы видите эффект поляризации, значит, вы правильно ориентируетесь. Если вы перевернете фильтр, посмотрите через другую сторону и все еще увидите эффект поляризации, значит, у вас линейный поляризатор; если при переворачивании фильтра нет поляризационного эффекта, значит, у вас круговой поляризатор.

Пейзажные фотографы часто используют поляризаторы для увеличения общей насыщенности цвета сцены, устраняя часть или большую часть рассеяния света в атмосфере, которое может размыть цвета – при условии, конечно, что они снимают под углом, перпендикулярным положению солнца. .Поляризаторы также могут быть полезны, если вы не можете управлять изображениями на мониторе компьютера или телевизора. Светодиодные мониторы излучают поляризованный свет, который часто можно устранить с помощью поляризатора, из-за чего монитор кажется выключенным – черным – когда он на самом деле включен.

Некоторые недостатки
Самым большим недостатком при использовании поляризатора является потеря света. Когда мы понимаем, что фильтр поглощает поляризованный свет, легко понять, что фильтр требует значительной компенсации экспозиции.Поляризационные фильтры поглощают в среднем от 1,5 до 2 ступеней света.

Любые фильтры, которые вы устанавливаете перед объективом, создают вероятность появления бликов, особенно призрачных. Полы не исключение. Некоторые производители предлагают полы с дополнительными тонкопленочными антибликовыми покрытиями, которые помогают смягчить эту проблему. При съемке при солнечном свете угол к солнцу имеет решающее значение, а широкоугольные объективы могут захватывать настолько большой угол обзора, что эффект поляризационного фильтра может быть неоднородным по всему кадру.Если мы используем объектив типа «рыбий глаз», например, с углом обзора 180 градусов, центр изображения, находящийся под углом 90 градусов к солнцу, будет иметь наибольший эффект, но края изображения, параллельные солнцу не будет иметь никакого эффекта. Точно так же, независимо от фокусного расстояния, если вы панорамируете снимок, эффект поляризатора будет меняться в зависимости от того, куда направлен объектив.

Из-за сложности изготовления поляризаторы дорогие, особенно хорошие.Они могут быть самыми дорогими фильтрами в комплекте. Разница в стоимости от одной полы к другой часто отражает качество стекла фильтра. В более дорогих фильтрах используется оптическое стекло более высокого качества, и они, как правило, будут иметь меньшее искажение цвета на вашем изображении, тогда как недорогие фильтры могут придать зеленый оттенок, присущий стеклу.

Несколько производителей, включая Formatt-Hitech, Lindsey Optics, Schneider Optics и Tiffen, предлагают поляризаторы для использования в кино и многие другие для фотоаппаратов.В некоторых случаях вы можете найти «универсальный» поляризатор с более низкой эффективностью для использования в условиях низкой освещенности или поляризаторы на 3 или 4 ступени, которые комбинируются с фильтрами нейтральной плотности.

Tiffen также предлагает «теплый поляризатор», который объединяет фильтр 812 Color Warming с поляризатором, чтобы добавить желто-красный оттенок в сцену.

Кроме того, высокоэффективные поляризаторы доступны от Schneider (True-Pol) и Tiffen (Ultra Pol).

Примеры

Этот клип выше демонстрирует эффект поляризатора, устраняющего блики от крышки AC Manual .В то время как свет, проходящий через окно, рассеивается во всех направлениях, когда этот свет отражается от глянцевой поверхности книги, часть этого света становится поляризованной. Вот такие горячие взгляды вы видите. Правильно вращая поляризационный фильтр, вы можете подавить поляризованный свет и устранить (или значительно уменьшить) отражающие блики.

Этот круглый поляризатор, представленный выше, относится к круглому типу. Обратите внимание, что когда сторона четвертьволнового ретардера повернута к камере, поляризатор работает хорошо.Если он повернут неправильно, поляризатор не устранит блики. Вместо этого результаты этой конкретной полы заключаются в изменении цвета выстрела!

Этот квадратный фильтр, представленный выше, является линейным поляризатором, и этот фильтр хорошо работает независимо от того, в каком направлении он смотрит.

Изображения и видео любезно предоставлены автором.

1.8: Поляризация – Physics LibreTexts

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните изменение интенсивности при прохождении поляризованного света через поляризационный фильтр
  • Рассчитайте эффект поляризации за счет отражения и Угол Брюстера
  • Опишите эффект поляризации рассеянием
  • Объясните использование поляризующих материалов в таких устройствах, как ЖК-дисплеи

Поляризационные солнцезащитные очки знакомы большинству из нас.У них есть особая способность отсекать блики света, отраженного от воды или стекло (Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). У них есть эта способность из-за волновая характеристика света, называемая поляризацией. Что такое поляризация? Как его производят? Каковы некоторые из его применений? В ответы на эти вопросы связаны с волновым характером свет.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Эти две фотографии реки показывают эффект поляризационного фильтра в уменьшении бликов в свет отражается от поверхности воды.Часть (б) этого рисунка был снят с поляризационным фильтром, а часть (а) – нет. Как В результате отражение облаков и неба, наблюдаемое в части (а), является не соблюдается в части (б). Поляризационные солнцезащитные очки особенно полезен на снегу и воде. (кредит а и кредит б: модификации работа “Amithshs” / Wikimedia Commons)

Закон Малуса

Light – это один из видов электромагнитная (ЭМ) волна. ЭМ волны – поперечных волны , состоящие из переменных электрических и магнитных полей, которые колеблются перпендикулярно направлению распространения (рис. \ (\ PageIndex {2} \)).Однако в целом конкретных направления колебаний электрического и магнитного поля; они колеблются в любой беспорядочно ориентированной плоскости, перпендикулярной к направлению распространения. Поляризация – это атрибут, который колебания волны действительно имеют определенное направление относительно направление распространения волны. (Это не тот же тип поляризация, как обсуждалось для разделения зарядов.) Волны, имеющие такое направление, называются поляризованными. Для EM волны, мы определяем направление поляризации как направление параллельно электрическому полю.Таким образом, мы можем думать об электрическом стрелки поля, показывающие направление поляризации, как на рисунке \ (\ PageIndex {2} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): электромагнитная волна, такая как свет, поперечная волна. Электрический \ (\ overrightarrow {E} \) и магнитный \ (\ overrightarrow {B} \) поля перпендикулярны направлению размножение. Направление поляризации волны – это направление электрического поля.

Для дальнейшего изучения рассмотрим поперечные волны в веревки, показанные на рисунке \ (\ PageIndex {3} \).Колебания в одном веревка находится в вертикальной плоскости и считается вертикальной поляризованный. Те, что на другой веревке, находятся в горизонтальной плоскости и поляризованы по горизонтали. Если на первая веревка, через которую проходят волны. Однако вертикальная щель блокирует горизонтально поляризованные волны. Для электромагнитных волн направление электрическое поле аналогично возмущениям на веревки.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Поперечные колебания в одной веревке (а) находятся в вертикальной плоскости, а в другой – веревка (б) находится в горизонтальной плоскости.Первый, как говорят, вертикально поляризованный, а другой считается горизонтальным поляризованный. Вертикальные щели пропускают вертикально поляризованные волны и блокируют горизонтально поляризованные волны.

Солнце и многие другие источники света излучают волны, электрические поля в случайных направлениях (Рисунок \ (\ PageIndex {1a} \)). Такой свет называется неполяризованным, потому что он состоит из много волн со всеми возможными направлениями поляризации. Полароид материалы, которые были изобретены основателем Polaroid Корпорация Эдвин Лэнд – действует как поляризационная щель для света, позволяя проходить только поляризации в одном направлении.Поляризационные фильтры состоят из длинных молекул, выровненных в одну направление. Если представить молекулы как множество щелей, аналогично для колеблющихся веревок, мы можем понять, почему только свет с определенной поляризацией может пройти. Ось поляризационный фильтр – это направление, по которому фильтр проходит электрическое поле ЭМ волны.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): тонкая стрелка представляет луч неполяризованного света. Жирные стрелки обозначают направление поляризации отдельных волн, составляющих луч.а) Если свет неполяризован, стрелки указывают во все стороны. (б) А поляризационный фильтр имеет ось поляризации, которая действует как щель проходящие через электрические поля, параллельные его направлению. В направление поляризации электромагнитной волны определяется как направление его электрического поля.

На рисунке \ (\ PageIndex {5} \) показан эффект двух поляризационных фильтрует изначально неполяризованный свет. Первый фильтр поляризует свет вдоль своей оси. Когда оси первого и второго фильтры выровнены (параллельны), затем весь поляризованный свет пропускается первым фильтром, также проходит вторым фильтром.Если второй поляризационный фильтр вращается, только составляющая свет проходит параллельно оси второго фильтра. Когда топоры перпендикулярны, второй фильтр не пропускает свет.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): эффект поворота двух поляризационные фильтры, где первый поляризует свет. а) все поляризованный свет проходит вторым поляризационным фильтром, потому что его ось параллельна первой. (б) Как второй фильтр вращается, пропускается только часть света.(c) Когда второй фильтр расположен перпендикулярно первому, свет не пропускается. (г) В На этой фотографии поляризационный фильтр помещен над двумя другими. Его ось перпендикулярна фильтру справа (темная область) и параллельно фильтру слева (более светлая область). (кредит d: модификация произведения П.П. Urone)

Только составляющая ЭМ волны, параллельная оси фильтр пройден. Назовем угол между направлением поляризация и ось фильтра θ. Если электрическое поле амплитуда E , то прошедшая часть волны имеет амплитуда \ (E \ cos θ \) (Рисунок \ (\ PageIndex {6} \)).2θ \ label {Малуса Закон} \]

где \ (I_0 \) – интенсивность поляризованной волны перед проходя через фильтр. Это уравнение известно как Malus’s Закон .

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): поляризационный фильтр передает только составляющая волны, параллельная ее оси, уменьшая интенсивность любого света, не поляризованного параллельно его ось.

Это открытие Анимация Source Physics помогает визуализировать электрическое поле векторы, поскольку свет встречает поляризационный фильтр. Вы можете повернуть фильтр – обратите внимание, что угол отображается в радианах.Вы также можете поверните анимацию для 3D-визуализации.

Пример \ (\ PageIndex {1} \): Расчет уменьшения интенсивности с помощью поляризации Фильтр

Какой угол необходимо между направлением поляризованного света и осью поляризационный фильтр для уменьшения его интенсивности на 90,0% ?

Стратегия

Когда интенсивность снижается на 90,0% , это 10,0% или 0,100 раза от первоначального значения. То есть, I = 0.100I 0 . Используя это информация, уравнение I = I 0 cos 2 θ может быть используется для определения необходимого угла.

Решение

Решение закона Малуса (уравнение \ ref {закон Малуса}) для \ (\ cos θ \) и подставив отношение между I и I 0 дает

\ [\ cos θ = \ dfrac {I} {I_0} = \ frac {0,100I_0} {I_0} = 0,3162. {- 1} 0.3162 = 71,6 °. \]

Значение

Довольно большой угол между направлением поляризации и ось фильтра нужна для снижения интенсивности до 10,0% от ее исходное значение. Это кажется разумным, если поэкспериментировать с поляризационные пленки. Интересно, что под углом 45 ° интенсивность снижается до 50% от исходного значения. Обратите внимание, что 71,6 ° составляет 18,4 ° от уменьшения интенсивности до нуля, и что под углом 18,4 °, интенсивность снижается до 90.0% от первоначальной стоимости, свидетельство симметрии.

Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

Хотя мы не указали направление в примере \ (\ PageIndex {1} \), давайте скажем, поляризационный фильтр был повернут по часовой стрелке на 71,6 °, чтобы уменьшить интенсивность света на 90,0%. Какое было бы снижение интенсивности если бы поляризационный фильтр повернули против часовой стрелки на 71,6 °?

Ответ

также 90,0%

Поляризация отражением

К настоящему моменту вы уже, наверное, догадались, что солнцезащитные очки с поляризационным вырезом блики в отраженном свете, потому что этот свет поляризован.Ты можете убедиться в этом сами, подержав поляризационные солнцезащитные очки в перед собой и вращая их, глядя на отраженный свет из воды или стакана. Поворачивая солнцезащитные очки, вы заметите свет становится ярким и тусклым, но не полностью черным. Этот означает, что отраженный свет частично поляризован и не может быть полностью заблокирован поляризационным фильтром.

На рисунке \ (\ PageIndex {7} \) показано, что происходит, когда неполяризованный свет отражается от поверхности. Вертикально поляризованный свет преимущественно преломляется на поверхности, поэтому отраженный свет остается более поляризованным по горизонтали.Причины этого явления выходят за рамки этого текста, но удобный мнемоника для запоминания – это представить поляризацию направление быть похожим на стрелку. Вертикальная поляризация похожа на стрелка перпендикулярна поверхности и с большей вероятностью прилипнет и не отражаться. Горизонтальная поляризация похожа на прыгающую стрелу на своей стороне и, скорее всего, отразится. Солнцезащитные очки с таким образом, вертикальные оси блокируют больше отраженного света, чем неполяризованный свет от других источников.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Поляризация отражением.Неполяризованный свет имеет равное количество вертикальных и горизонтальных поляризация. После взаимодействия с поверхностью вертикальный компоненты преимущественно поглощаются или преломляются, оставляя отраженный свет более поляризован по горизонтали. Это похоже на стрелы ударяют по бокам и отскакивают, в то время как стрелы поражают на их кончиках уходят в поверхность.

Поскольку часть света, которая не отражается, преломляется, величина поляризации зависит от показателей преломления СМИ вовлечены.Можно показать, что отраженный свет полностью поляризован под углом отражения θ b дан по

\ [tan \, θ_b = \ frac {n_2} {n_1} \]

, где n 1 – среда, в которой происходит инцидент и путь отраженного света, а n 2 – показатель преломления среды, образующей поверхность раздела, отражающую свет. Это уравнение известно как закон Брюстера, а угол θ b известен. как угол Брюстера, названный в честь шотландского физик, открывший их.

Это открытие Анимация Source Physics показывает происшествие, отражение и преломленный свет в виде лучей и электромагнитных волн. Попробуйте повернуть анимацию для 3D-визуализации, а также изменить угол падения. Около Под углом Брюстера отраженный свет становится сильно поляризованным.

Пример \ (\ PageIndex {2} \): Расчет поляризации по отражению

(а) На что под углом свет, движущийся в воздухе, будет полностью поляризован горизонтально при отражении от воды? б) из стекла?

Стратегия

Все, что нам нужно для решения этих задач, – это индексы преломление.Воздух имеет n 1 = 1,00, вода имеет n 2 = 1,333, а у коронного стекла n ′ 2 = 1,520. В уравнение \ (tan \, θ_b = \ frac {n_2} {n_1} \) может быть непосредственно применено к найти θ b в каждом случае. {- 1} 1.{−1} 1,52 = 56,7 °. \]

Значение

Свет, отраженный под такими углами, мог быть полностью заблокирован хороший поляризационный фильтр держится с вертикальной осью. Брюстера угол для воды и воздуха аналогичен углу для стекла и воздуха, поэтому что солнцезащитные очки одинаково эффективны для света, отраженного от вода или стекло при аналогичных обстоятельствах. Свет, который есть не отражается, преломляется в этих средах. Поэтому на угол падения равен углу Брюстера, преломленный свет равен слегка поляризован по вертикали.Он не полностью поляризован вертикально, потому что только небольшая часть падающего света отраженный, поэтому значительное количество горизонтально поляризованного света преломляется.

Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

Что происходит под углом Брюстера, если исходный падающий свет уже составляет 100% вертикально поляризованный?

Ответ

Будет только преломление, но не отражение.

Атомарное объяснение поляризационных фильтров

Поляризационные фильтры имеют ось поляризации, которая действует как щель.Эта щель пропускает электромагнитные волны (часто видимый свет), которые имеют электрическое поле параллельно оси. Это достигается с помощью длительного молекулы выровнены перпендикулярно оси, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {8} \).

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): длинные молекулы выровнены перпендикулярно оси поляризационного фильтра. В электромагнитной волне составляющая электрического поля, перпендикулярная этим молекулы проходят через фильтр, а компонент параллельно к молекулам поглощается.

На рисунке \ (\ PageIndex {9} \) показано, как компонент электрическое поле, параллельное длинным молекулам, поглощается.EM волна состоит из колеблющихся электрических и магнитных полей. В электрическое поле сильно по сравнению с магнитным полем и составляет более эффективно воздействует на заряды в молекулах. В наиболее затронутыми заряженными частицами являются электроны, так как электрон массы небольшие. Если электрон вынужден колебаться, он может поглощают энергию электромагнитной волны. Это уменьшает поле в волне и, следовательно, снижает его интенсивность. В длинных молекулах электроны могут колебаться параллельно молекуле легче, чем в перпендикулярное направление.Электроны связаны с молекулой и более ограничены в своем движении перпендикулярно молекула. Таким образом, электроны могут поглощать электромагнитные волны, которые имеют составляющая их электрического поля параллельна молекуле. В электроны гораздо менее чувствительны к электрическим полям, перпендикулярным к молекуле и позволить этим полям пройти. Таким образом, ось поляризационный фильтр перпендикулярен длине молекула.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Схема электрона в длинная молекула колеблется параллельно молекуле.Колебание электрона поглощает энергию и снижает интенсивность составляющая ЭМ волны, параллельная молекула.

Поляризация рассеянием

Если вы держите поляризационные солнцезащитные очки перед собой и поверните их, глядя на голубое небо, вы увидите, как небо становится яркий и тусклый. Это явный признак того, что свет, рассеянный воздух частично поляризован. Рисунок \ (\ PageIndex {10} \) помогает проиллюстрируйте, как это происходит. Поскольку свет представляет собой поперечную электромагнитную волну, он вибрирует электроны молекул воздуха перпендикулярно к направление, в котором он движется.Затем электроны излучают как маленькие усики. Поскольку они колеблются перпендикулярно направлении светового луча, они производят электромагнитное излучение, которое поляризованы перпендикулярно направлению луча. При просмотре свет вдоль линии, перпендикулярной исходному лучу, как в рисунок, в рассеянном свете не может быть поляризации параллельно исходному лучу, потому что для этого потребуется исходный луч должен быть продольной волной. По другим направлениям компонент другой поляризации можно спроецировать вдоль линии зрения, а рассеянный свет поляризован лишь частично.Кроме того, многократное рассеяние может осветить глаза от другие направления и могут содержать разные поляризации.

Рисунок \ (\ PageIndex {10} \): Поляризация рассеянием. Неполяризованное рассеяние света молекулами воздуха сотрясает их электроны перпендикулярны направлению исходного луча. В поэтому рассеянный свет имеет поляризацию, перпендикулярную исходное направление и не параллельное оригиналу направление.

Снимки неба можно затемнить поляризационными фильтрами, трюк, используемый многими фотографами, чтобы сделать облака ярче контраст.Рассеяние от других частиц, например дыма или пыли, может также поляризовать свет. Обнаружение поляризации в рассеянных ЭМ волны могут быть полезным аналитическим инструментом при определении рассеяния источник.

В солнцезащитных очках используется ряд оптических эффектов. Помимо того поляризационные, солнцезащитные очки могут иметь вкрапленные цветные пигменты, в то время как другие используют неотражающее или отражающее покрытие. А Недавняя разработка – фотохромные линзы, которые темнеют в солнечного света и становится ясным в помещении.Фотохромные линзы встроены с органическими микрокристаллическими молекулами, которые меняют свое свойства при воздействии ультрафиолета на солнце, но становятся ясными в искусственное освещение без УФ.

Жидкие кристаллы и другие поляризационные эффекты в Материалы

Хотя вы, несомненно, знаете о жидкокристаллических дисплеях (ЖК-дисплеи) в часах, калькуляторах, экранах компьютеров, мобильных телефонах, телевизоры с плоским экраном и многие другие места, вы, возможно, не будете знайте, что они основаны на поляризации.Жидкие кристаллы такие названы потому, что их молекулы могут быть выровнены, даже если они в жидкости. Жидкие кристаллы обладают свойством вращаться. поляризация проходящего через них света на 90 °. Более того, это свойство может быть отключено приложением напряжения, так как показано на рисунке \ (\ PageIndex {11} \). Возможно манипулировать этой характеристикой быстро и небольшими, четко определенными области для создания контрастных узоров, которые мы видим на многих ЖК-экранах. устройств.

В ЖК-телевизорах с плоским экраном большой свет излучается на задняя часть телевизора.Свет проходит к переднему экрану через миллионы крошечных единиц, называемых пикселями (элементами изображения). Один из они показаны на рисунке \ (\ PageIndex {11} \). В каждом отряде по три ячейки, с красным, синим или зеленым фильтрами, каждый из которых управляется независимо. Когда напряжение на жидком кристалле переключается выключен, жидкий кристалл пропускает свет через конкретный фильтр. Мы можем варьировать контраст изображения, варьируя силу напряжение, приложенное к жидкому кристаллу.

Рисунок \ (\ PageIndex {11} \): (a) Поляризованный свет повернутый на 90 ° жидким кристаллом, а затем пропущенный поляризационным фильтр, ось которого перпендикулярна направлению исходная поляризация.(б) Когда к жидкости приложено напряжение кристалл поляризованный свет не вращается и блокируется фильтр, делая область более темной по сравнению с ее окружением. (c) ЖК-дисплеи можно сделать цветными, маленькими и достаточно быстрыми для использования. в портативных компьютерах и телевизорах.

Многие кристаллы и растворы вращают плоскость поляризации свет, проходящий через них. Такие вещества называются оптически активный. Примеры включают сахарную воду, инсулин и коллаген (Рисунок \ (\ PageIndex {11} \)).Помимо зависимости от тип вещества, количество и направление вращения зависят по ряду других факторов. Среди них концентрация вещество, расстояние, которое проходит через него свет, и длина волны света. Оптическая активность обусловлена ​​асимметричным форма молекул в веществе, например спиральная. Измерения вращения поляризованного света, проходящего через Таким образом, вещества могут использоваться для измерения концентраций, стандарт техника для сахаров. Он также может дать информацию о форме молекулы, такие как белки, и факторы, влияющие на их форму, такие как температура и pH.

Рисунок \ (\ PageIndex {11} \). Оптическая активность – это способность некоторых веществ вращать плоскость поляризации свет, проходящий через них. Вращение обнаруживается с помощью поляризационный фильтр или анализатор.

Стекло и пластик становятся оптически активными при нагрузке: чем больше стресс, тем сильнее эффект. Оптический анализ напряжений на сложных формах можно выполнить, изготовив пластиковые модели из их и наблюдая за ними через скрещенные фильтры, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {12} \).Очевидно, что эффект зависит от длина волны, а также напряжение. Зависимость от длины волны иногда также используется в художественных целях.

Рисунок \ (\ PageIndex {13} \): Анализ оптического напряжения пластиковая линза между скрещенными поляризаторами. (кредит: «Инфо» / Wikimedia Commons)

Еще одно интересное явление, связанное с поляризованным светом. способность некоторых кристаллов разделять неполяризованный пучок свет на два поляризованных луча. Это происходит потому, что кристалл имеет одно значение показателя преломления поляризованного света, но различное значение показателя преломления света, поляризованного в перпендикулярное направление, так что каждый компонент имеет свой собственный угол преломления.Такие кристаллы называют двулучепреломляющими, и, при правильной настройке, два перпендикулярно поляризованных луча появится из кристалла (Рисунок \ (\ PageIndex {14} \)). Кристаллы двойного лучепреломления можно использовать для получения поляризованных лучей из неполяризованный свет. Некоторые двулучепреломляющие материалы предпочтительно поглощают одну из поляризаций. Эти материалы называются дихроична и может создавать поляризацию за счет этого предпочтительного абсорбция. Именно так поляризационные фильтры и другие поляризаторы работают.

Рисунок \ (\ PageIndex {14} \): Двулучепреломляющие материалы, например как обычный минерал кальцит, разделенные неполяризованные лучи света на два с двумя разными значениями индекса преломление.

Авторы и авторство

  • Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *