Starile de Polarizare a Luminii

8/3/2019 Starile de Polarizare a Luminii

1/10

1

Completare curs 11

Capitolul 3. Optica ondulatorie

3.1. Natura electromagnetic a luminii

Propagarea undelor electromagnetice

Mediul poate fi:

- omogenacel mediu in care n are aceeasi valoare in orice punct

- neomogen sau heterogenn variaza cu pozitia- izotrop mediul in care indicele de refractie poate fi descris printr-o functie scalara de

pozitie, adica este acelasi in orice directie.

- In general n depinde de lungimea de unda a radiatiei electromagnetice, dar de obiceioptica geometrica lucreaza cu lumina monocromatica.

Fig. 1

rrv

cn

1


2/10

2

3.2. Starile de polarizare a luminii

O solutie a ecuatiei undelor este:

unde

Si

.

Datorita liniaritatii ecuatiilor lui Maxwell in vid, solutiile pot fi descompuse intr-o

superpozitie de sinusoide, de forma:

unde k este vectorul de unda (in radiani pe metru) , iar modulul sau, k, este numarul de

unda

),,(zyx kkkk

Prin compunerea celor doua proiectii, rezulta o miscare de rotatie a vectorului E

dependent de diferenta de faza intre Ey si Ez (vezi figura 2).

Spectrul electromagnetic este reprezentarea grafica a marimii campului (sau a energiei)

in functie de frecventa, de lungime de unda sau de numar de unda.

Fig. 2.

)cos(),( 00 rktEtrE

)cos(),( 00 rktBtrB


3/10

3

Datorit orientrii haotice a dipolilor elementari ce constituie o surs luminoasextins, toate direciile de oscilaie ale vectorului luminos sunt egal probabile.

Orice und elementar estepolarizat liniar(oscilaiile vectorului cmp electric auloc numai ntr-un plan ce conine direcia de propagare) figura 4 b

o suprapunere aleatorie de unde elementare constituie lumina nepolarizat (luminanatural) figura 4 a.

Dac din lumina nepolarizat se atenueaz oscilaiile pe o anumit direcie seobine lumina parial polarizat - figura 4 c; direcia de propagare este

perpendicular pe planul figurii.

Planul n care oscileaz vectorul luminos se numete plan de vibraie, iar planul

perpendicular pe acesta i care conine direcia de propagare se numeteplan de polarizare.


4/10

4

Exist cristale transparente, omogene, dar anizotrope din punct de vedere optic. In

astfel de cristale indicele de refracien are valori diferite, n funcie de direcia de oscilaie

a vectorului luminos. Exist totui direcii de-a lungul crora viteza de propagare nu depinde

de orientarea vectorului luminos. Aceste direcii se numesc axe optice. Cristalele care posed

o singur axoptic se numesc uniaxe, iar din acestea fac parte cristale care cristalizeaz n

sistemele cubic, hexagonal i romboedric.

Una din caracteristicile principale ale cristalelor anizotrope este producerea fenomenuluide dubl refracie (sau birefringen), care const n producerea a dou raze refractate,

pentru fiecare raz incident: una care respect legile refraciei i se numete raz

ordinar (o) i una nerespectnd legile refraciei, numit raz extraordinar (e).

Planul ce conine axa optic (AA) i raza incident se numete planul seciunii principale. Fa de acest plan, vectorul cmp electric al razei ordinare este

perpendicular, iarvectorul cmp electric al razei extraordinare este paralel.

Fenomenul de birefringen poate fi folosit pentru obinerea luminii liniar polarizatedin cea nepolarizat, prin eliminarea unei raze (cea ordinar sau cea extraordinar). Un

astfel de dispozitiv este prisma lui Nicol, care este tiat dintr-un cristal de spat de

Islandasub anumite unghiuri, secionat diagonal i relipit cu balsam de Canada

S considerm acum dou dispozitive polarizante identice (polaroizi sau nicoli),ntr-un fascicul de lumin nepolarizat (natural).

Lumina care iese din primul dispozitiv, notat cu P n figura 7 i numitpolarizor, estepolarizat liniar.


5/10

5

Dac cele dou dispozitive au planele de polarizare paralele (P1P2// A1A2), vibraiilelsate s treac de primul dispozitiv sunt lsate i de cel de-al doilea. Rotind al doilea

dispozitiv cu un unghi oarecare , acesta va lsa s trec numai componenta E0

cos, unde

E0

este amplitudinea primit de dispozitiv.

la o rotaie cu =/2, 3/2, 5/2, al doilea dispozitiv nu las s treac nimic, iar nacest caz spunem c cei doi nicoli sunt aezai n cruce, sau la extincie. Dup cum se poate

observa, cel de-al doilea dispozitiv polarizant poate servi la analiza strii de polarizare a

luminii, motiv pentru care se mai numete ianalizor.

Lumina care se reflecta pe materialele transparente si reflective este partial sau total

polarizata , depinzand de unghiul de incidenta, exceptand cazul in care razele sunt

perpendiculare pe suprafata. Pentru un unghi particular pentru o pereche de medii, pentru

care tg(iB)=n2/n1

numit unghi Brewster, lumina reflectata este liniar polarizata, cu directia de

oscilatie perpendiculara pe planul de incidenta.

Fig. 8


6/10

6

FACULTATIV

3.3. Polarizarea in natura si tehnica

Fig. 9. Efectul unui filtru polarizant asupra luminii reflectate de o suprafata uda.

In stanga polarizorul este rotit sa transmita reflexia cat mai bine.In dreapta este rotit la 90 si aproape toata lumina reflectata este blocata

Un filtru (ex. ochelari de soare cu lentile polarizante) poate fi folosit pentru a pune in

evidenta acest efect, prin rotirea filtrului in timp ce privim prin el spre o suprafata

reflectatoare orizontala. La anumite unghiuri de rotatie lumina reflectata va fi redusa sau

eliminata. Filtrele polarizante elimina lumina polarizata la 90 fata de axa de polarizare a

filtrului. Daca se plaseaza doua polarizoare unul peste altul la 90, lumina transmisa va fi

minima.

Polarizarea prin imprastiere este observata dupa trecerea luminii prin atmosfera.

Lumina imprastiata produce luminozitatea cerului. Polarizarea partiala a luminii imprastiate

poate fi folosita pentru a intuneca cerul in fotografii.

Fig 10.

O alta situatie este reducerea luminozitatii suprafetelor orizontale, situatie folosita de

ochelarii de soare.


7/10

7

Alte situatii observabile prin ochelari polarizanti sunt figuri curcubeu cauzate de

efectele birefringente dependente de culoare, de exemplu in sticla securizata (parbrizul

masinii) sau plasticuri transparete (ochelari).

Fig. 11

Prin ochelarii polarizanti se pot observa fenomene interesante si in functionarea

ecranelor cu cristale lichide (LCD), ca de exemplu reducerea contrastului sau chiar

disparitia imaginii.

La observarea prin ochelari polarizanti si prin geamul din spate al unei masini, a luminii

reflectate de parbrizul unei alte masini, se pot observa pete colorate. Lumina difuza a cerului

este reflectata de parbrizul masinii aproape orizontal polarizata. Parbrizul din spate a

celeilalte masini este facut din sticla tratata termic, iar tensiunile induse in aceasta schimba

modul de polarizare al luminii care trece prin ea.Tensiunile din parbrizul din spate transforma o parte din lumina polarizata

orizontal in lumina polarizata vertical, facand-o vizibila prin ochelari. Astfel, modelul

regulat al tratamentului termic devine vizibil.

Fig. 12

Filmele 3D

Polarizarea luminii este de asemenea folosita in unele filme 3D in care imaginile pe care

trebuie sa le receptioneze fiecare ochi sunt proiectate de doua proiectoare diferite cu filtrepolarizante orientate perpendicular unul pe altul, sau de un singur proiector cu polarizare


8/10

8

multiplexata temporal, (un dispozitiv de polarizare alternativa care se schimba pentru fiecare

cadru).

Ochelarii speciali cu filtre fac ca fiecare ochi sa vada numai ce ii este destinat.

Primele proiectoare au folosit lumina liniar polarizata. In prezent se utilizeaza lumina circular polarizata. Proiectiile 3D cu lumina polarizata functioneaza numai pe ecrane care mentin

polarizarea la reflexie (ecrane argintate). Un ecran normal (dielectric) ar depolariza

lumina.

Sistemul MasterImage 3D se bazeaza pe. polarizarea circulara diferita a cadrelor

de film care trebuie receptionate de ochiul stang, respectiv ochiul drept al spectatorului.

Proiectorul Digital Cinema 2D/3D emite alternativ si la o frecventa ridicata (144 Hz)

cadrele stanga / dreapta. In fata proiectorului se monteaza un disc care se roteste cu 4320 rpm

si este sincronizat cu cadrele emise de proiector, polarizandu-le diferit.

Spectatorii poarta ochelari cu lentile pasive, polarizate circular, care filtreaza

imaginea aferenta fiecarui ochi in parte. Pentru a pastra polarizarea imaginii, proiectia se

realizeaza pe un ecran special denumit "silver screen". Suprafata metalizata a acestor ecrane

(de regula aluminiu) pastreaza polarizarea luminii incidente si apoi reflectate, spre deosebire

de ecranele realizate dintr-un material dielectric.

Ochelarii utilizati de acest sistem sunt ieftini; de aceea, de regula ei sunt de unica

folosinta.

http://www.cinemadigital.ro/pages/informatii-generale/tehnologii-3d.php

Fig. 13
http://www.cinemadigital.ro/pages/informatii-generale/tehnologii-3d.phphttp://www.cinemadigital.ro/pages/informatii-generale/tehnologii-3d.phphttp://www.cinemadigital.ro/pages/informatii-generale/tehnologii-3d.php


9/10

9

Real D

Sistemul RealD se beazeaza, la fel ca si sistemul MasterImage 3D, pe principiul

polarizarii circulare a luminii. Se prefera polarizarea circulara in locul polarizarii liniare

intrucat spectatorul poate sa-si incline capul fara a pierde perceptia 3D a imaginii.

Tehnologia RealD utilizeaza un proiector Digital Cinema 2D/3D obisnuit. In fata

proiectorului se monteaza un ecran modulator electro-optic cu cristale lichide, cunoscut sub

denumirea de "Z-Screen". Acesta realizeaza polarizarea circulara diferita pentru ochiul drept,

respectiv ochiul stang, fiind sincronizat cu proiectorul.

Pentru a reduce senzatia de flicker, fiecare cadru este emis de trei ori. In concluzie,

proiectorul ruleaza la frecventa de 144 cadre/sec (= 24 cadre/sec * 3 repetari/cadru * 2

perspective stg/dr).

Ca si la MasterImage 3D, pentru a pastra polarizarea imaginii, proiectia se realizeaza pe

un ecran special denumit "silver screen". De asemenea, spectatorii poarta ochelari cu lentile

pasive, polarizate circular, care filtreaza imaginea aferenta fiecarui ochi. Poza din dreapta

prezinta doua perechi de ochelari RealD demonstrand efectul polarizarii.

Fig. 14

Dolby 3D

Tehnologia Dolby 3D se bazeaza pe utilizarea unor anumite lungimi de unda pentru

culorile rosu (R), verde (G) si albastru (B) receptionate de ochiul stang, respectiv alte

lungimi de unda pentru culorile rosu, verde si albastru receptionate de ochiul drept.

Spectatorul poarta o pereche de ochelari ale caror lentile filtreaza setul de lungimi de unda

care nu se adreseaza ochiului respectiv. Aceasta metoda de vizualizare 3D este cunoscuta sub

denumirea de multiplexare a lungimilor de unda.

In practica, Dolby 3D foloseste un proiector Digital Cinema care poate rula atat filme

2D cat si 3D. In cazul filmelor 3D, in proiector se utilizeaza un color wheel diferit, care


10/10

10

contine inca 3 sectoare R/G/B pe langa cele 3 sectoare R/G/B obisnuite, capabile sa

reproduca acelasi gamut de culoare, dar transmitand lungimi de unda diferite.

Desi pasive, lentilele utilizate in ochelarii Dolby 3D sunt mai scumpe si mai fragile

decat cele utilizate in ochelarii destinati altor tehnologii 3D. In consecinta, ochelarii Dolby

3D se reutilizeaza. Dupa spectacol sunt spalati (din motive de igiena) si folositi de

urmatoarea serie de spectatori.

Aceasta tehnologie are avantajul ca nu necesita utilizarea unor ecrane speciale

("silver screens"), dar si dezavantajul de a reduce destul de mult intensitatea luminoasa a

imaginii percepute de catre spectatori.

XpanD 3D

Sistemul XpanD 3D utilizeaza o a treia metoda de realizare a perceptiei tri-

dimensionale: metoda eclipsei.

Proiectorul Digital Cinema 2D/3D emite alternativ imaginile pentru ochiul stang,

respectiv drept. Spectatorii poarta ochelari cu lentile active, care sunt realizate din ecrane

LCD ce pot comuta rapid intre transparenta si opacitate. Ochelarii sunt sincronizati cu

proiectorul prin intermediul unor emitatoare infrarosu montate in sala de cinematograf,

respectiv a unor receptori de semnal infrarosu montati in rama ochelarilor.

Atunci cand proiectorul emite imaginea pentru ochiul stang, lentila din stanga a

ochelarilor devine transparenta, iar cea din dreapta devine opaca (eclipseaza imaginea).

Similar, cand proiectorul emite imaginea pentru ochiul drept, lentila din stanga devine opaca

iar cea din dreapta transparenta.

Fiind activi, ochelarii XpanD 3D necesita o sursa de energie. Ei incorporeaza o baterie

a carei durata medie de viata este de cca. 300 ore.

Dintre toate tehnologiile 3D, ochelarii pentru XpanD sunt cei mai costisitori, costand

aprox. dublu decat ochelarii pentru Dolby 3D. Din aceasta cauza, ei sunt proiectati sa fie

reutilizati.

Documents

Starile de Polarizare a Luminii