偏光片知识讲座第三讲偏光元件原理
偏光片知识讲座第三讲偏光元件原理
tS =
2n 1 cos θ i n 1 cos θ i + n 2 cos θ t
在 布 儒 斯 特 角 θB 处 ， θi+ θt=90 ° ， rP=0 ， RP=0 。 当光正入射时， θi= θt=0 。 n -n r P =- r S = 2 1 n2 + n1
1.3
菲涅耳公式
t P =t S =
尼科耳棱镜是利用光的全反射原理与晶体的 双折射现象制成的一种偏光元件 。 取一块长度约为 宽度 3 倍的方解石晶体， 将两端切去一部分， 使主 截面上的角度为 68 ° 。 将晶体沿着垂直于主截面 及两端面切开， 再用加拿大树胶粘合起来， 加拿大 树脂胶折射率介于寻常光折射率和非常光折射率 前半个棱镜中的 o 光射到树胶层中产生全反 之间 。 射， 最后从侧面出射； e 光不产生全反射， 能够透过 树胶层， 最后从对面出射 。 所以自尼科耳棱镜出来 的偏振光的振动面在棱镜的主截面 （晶体光轴与折 射光线构成的平面内） 。 尼科耳棱镜可用作起偏器， 也可用作检偏器 。
2.5
菲涅耳菱体
的 思 考
菲涅耳菱体是一种产生圆偏振光或椭圆偏振 光的偏光元件， 用玻璃制造， 线偏振光从菱体第一 端面垂直入射， 使振动面与入射角成 45 ° 角， 并以 54 ° 37' 角入射到菱体斜面上， 经过连续两次全内 反射， 从菱体另一端出射的光是圆偏振光 。 当线偏 振光振动面和入射面间夹胶不是 45 ° 角时，透射 光则是椭圆偏振光 。 反之， 菲涅耳菱体也能使椭圆 偏振光或圆偏振光变成线偏振光 。
Apr. 2012， 总第 135 期
7
范志新 ： 偏光片知识讲座
第三讲 偏光元件原理
专 家 的 思 考
偏光片原理
偏光片原理
偏光片是一种光学器件，它利用材料的特殊性质来选择性地振动光波的方向。
其原理基于光的电磁波性质和材料的吸收与透射机制。
光是一种电磁波，它在空间中传播时呈现波动性质。
光波包含电场分量和磁场分量，它们都垂直于光的传播方向。
光波的振动方向决定了光的偏振状态。
偏光片的原理是通过在材料中引入一定的结构或应力来改变光波的偏振状态。
其中最常见的偏光片是通过将聚合物分子或晶格结构有序排列来实现的。
当光波通过偏光片时，只有与偏光片所设定的特定振动方向相同的光波能够透过，与之垂直的方向的光将被滤除或吸收掉。
这是因为光波与偏光片材料之间相互作用时，只有与材料中分子结构或晶格结构相匹配的振动方向能够通过材料，其他方向的光则会被材料所吸收或散射。
因此，通过使用偏光片，我们可以选择性地控制光的偏振状态。
这在许多应用中非常有用，例如液晶显示器和摄影滤镜等。
总结起来，偏光片利用材料的特殊结构或应力来选择性地透过或滤除光波的振动方向。
通过控制光的偏振状态，偏光片在光学器件和应用中发挥着重要的作用。
偏光片的原理作用分类以及市场
偏光片的原理作用分类以及市场偏光片的原理、作用、分类以及市场需求一、偏光片的原理偏光片是一种能够选择性地通过或阻挡特定方向光线的光学器件。
其原理基于光的偏振性质，光线在传播过程中会以电磁波的形式振动，而偏光片可以通过调整光的振动方向来实现对光的控制。
偏光片通常由聚合物或玻璃等材料制成，其中掺杂有具有偏振性质的化合物。
这些化合物能够吸收或反射特定方向的光线，使其只有特定方向的光线能够通过。
一般来说，偏光片的制作过程包括拉伸、压延和吸附等步骤，以使其中的偏振性质得以增强。
二、偏光片的作用1. 消除反射光：在许多情况下，光线会以波浪形式振动并反射到眼睛中，导致眩光和视觉障碍。
偏光片能够选择性地阻挡反射光，从而减少眩光并提高视觉清晰度。
2. 减少光线散射：在大气中，光线会与空气中的微粒发生散射，导致视觉模糊。
偏光片可以过滤掉大部分散射光，使得景物更加清晰可见。
3. 提高对比度：偏光片可以阻挡某些方向的光线，使得透过的光线更加纯净。
这种过滤作用可以增加景物的对比度，使得细节更加明显。
4. 保护眼睛：偏光片可以有效过滤掉紫外线和有害的蓝光，减少对眼睛的伤害。
同时，它还能够阻挡风尘和异物，保护眼睛免受外界刺激。
三、偏光片的分类1. 线偏光片：线偏光片是最常见的一种偏光片，其具有线性偏振特性。
它可以选择性地阻挡垂直于特定方向的光线，而允许平行于特定方向的光线通过。
2. 圆偏光片：圆偏光片是一种将线偏光转化为圆偏光的器件。
它可以将线偏光中的振动方向旋转一定角度，使得光线在传播过程中呈现出圆形的偏振状态。
3. 偏光滤光片：偏光滤光片是一种将偏振和滤光功能结合在一起的器件。
它可以选择性地阻挡特定方向的偏振光，并且还能够过滤掉特定波长范围的光线。
四、偏光片的市场需求偏光片在眼镜、相机镜头、显示屏等领域有着广泛的应用。
随着人们对视觉体验的要求不断提高，偏光片的市场需求也在不断增加。
1. 太阳镜：偏光片被广泛应用于太阳镜中，可以有效减少阳光的眩光，提高驾驶和户外活动时的视觉清晰度。
偏光片原理
偏光片原理
偏光片原理
偏光片原理是光学中的一项重要原理，它可以利用光的折射特性把光分为两个组分，其中一个组分被完全折射，而另一个组分被完全反射。
偏光片有多种类型，它们的原理是基于折射和反射的原理。
由于光的折射特性，它会根据传播的角度和偏振方向发生变化，有时这种变化会导致光被分离成不同的组分。
而偏光片就是利用这种原理，将光分为两个组分，一组被完全反射，而另一组被完全折射，从而得到一种分离的效果。
偏光片有多种类型，其中最常用的是棱镜偏光片、旋转偏光片和偏振片。
棱镜偏光片利用棱镜的特性将光分为两个不同的组分，一组被完全反射，而另一组被完全折射；旋转偏光片利用光的旋转特性将光分为两个不同的组分，一组被完全反射，而另一组被完全折射；偏振片利用光的偏振特性将光分为两个不同的组分，一组被完全反射，而另一组被完全折射。
偏光片的应用非常广泛，它可以用于分离或合并光，也可以用于控制光的方向，可以用于照相机和投影仪的镜头，还可以用于太阳能电池，以及用于检测和分析光的仪器。
偏光片原理是利用光的折射特性把光分为两个组分，一组被完全反射，而另一组被完全折射，这种原理是光学领域中非常重要的一项原理，并且有着广泛的应用。
偏光片作用原理
偏光片的作用原理主要是将不具有偏极性的自然光转化为偏振光，从而实现液晶显示器等设备的成像。
偏光片是由美国Polaroid 公司的Edwin H. Land在1938年发明的一种光学元件。
偏光片在液晶面板中起到光开关的作用。
液晶显示器需要依靠偏振光才能成像。
背光模组负责为液晶屏提供基本的光源，但送出的光线方向性不一致，呈放射状。
如果这样的光线通过液晶分子的扭转，屏幕上可能会出现白茫茫的一片或花花绿绿的色块。
偏光片的作用就是将光线的方向规范成一致后送往液晶层，然后通过液晶分子的扭转控制光线的明暗度，从而在屏幕上形成图像。
偏光片的基本结构是两层三醋酸纤维素酯薄膜（TAC）夹一层聚乙烯醇（PVA）。
从制造工序而言，偏光片前道制造工序为聚乙烯醇（PVA）膜片卷，以碘液染色后做单轴延伸，形成偏光子再进行贴合，上下各加覆一层三醋酸纤维素酯（TAC）薄膜，并在上层TAC膜之外再加覆一表面保护膜，另在下层TAC膜之外以光学粘着剂贴附离型膜或者反射膜后再贴合表面保护膜，最后进入后道切割工序。
偏光片工作原理
偏光片工作原理
偏光片（Polarizing film）是一种用于控制光线传播方向的光学元件。
它主要基于偏振光的特性，在光学器件中起到选择性透过或反射光的作用。
偏光片的工作原理可以通过光波的振动方向来解释。
一束光波可以看作是电磁波，其中的电场和磁场按一定频率振动。
通常的自然光中，这些振动方向是各向同性的，即在所有方向上均匀分布。
而通过偏光片时，它只允许一个特定方向上的电场振动通过，而将其他方向上的振动滤除。
偏光片的制造方法通常是通过拉伸由聚合物材料制成的聚酯薄膜。
在制造过程中，聚合物链被拉伸形成有序的结构，这个结构可以选择性地让特定方向上的电场振动通过，并吸收其他方向上的振动。
当偏光片安装在光路上时，它可以实现以下几个效应：
1. 透过效应：偏光片让特定振动方向的光完全透过，而将其他方向上的光滤除。
这个效应常常应用于太阳镜、LCD显示屏等领域，可以有效减少表面反射、降低眩光等。
2. 法布里現象：当两块偏光片的振动方向互相垂直时，光源透过第一个偏光片后，其振动方向被滤除，光线将被完全堵死。
这个效应经常用于制作偏光滤镜，以分析和测试光线的特性。
3. 旋光性：有些物质可以改变光的振动方向，这种现象称为旋
光性。
通过使用特定的材料制作偏光片，可以实现对旋光方向的选择和控制，用于测量旋光衍射、分析各种旋光样品等。
总的来说，偏光片通过选择性透过或反射特定方向上的光，实现了对光的控制和分析。
它在光学器件和许多应用中发挥着重要的作用。
偏光片原理
偏光片原理
1 偏光片原理
偏光片是光学生产中被广泛应用的一种器件，它能够改变光的极化条件，使光发生变化，达到特殊的效果。
偏光片也可以把图像中的一部分屏蔽掉，同时还保护了每一个进入眼睛的光线。
偏光片可以根据颜色、类型等分为不同的类别，主要有棱镜偏光片和偏振偏光片，它们的原理也不同。
棱镜它可以检测旋转后发出的光线旋转角度，偏振偏光片则可以使旋转后发出的光线所在波长发生变化。
棱镜偏光片通过它的内部表面划分，例如立方体它们分割成八个面，这样可以把光线完全分离，比如从不同角度发出的光线，它们可以通过棱镜拆出光线的某一特定波长和某一位置。
偏振偏光片则根据它的结构来把光线极化，它利用它独特的内部层次结构，根据旋转方向以及某一位置把光线发送出去，使得它可以从不同波长和某一角度发出来，这样可以实现把发出的光线在图像中用某一位置屏蔽掉。
偏光片通过它特殊的结构，可以对发出光线进行极制以及各种旋转，有效的去除图像中的不必要的像素，也能发明很多优质的设备。
因此，偏光片是光学生产中很重要的一种设备。
偏光片的工作原理
偏光片的工作原理
偏光片是一种具有特殊结构的光学元件，能够选择性地通过或者阻挡不同方向的光振动。
它的工作原理基于光的电磁波性质和材料的吸收与传播特性。
光波是由电场和磁场振动构成的，振动方向垂直于光波传播的方向。
光波传播过程中，若振动方向始终保持在特定方向，则称为偏振光。
偏光片的作用就是能够选择性地将特定方向的偏振光通过，并阻挡其他方向的偏振光。
偏光片的基本结构是由具有高吸收能力的染料分子或者长链分子组成的聚合物材料。
这些分子排列有序，形成一种特殊的结构，使得只有特定振动方向的光能够通过。
当有偏振光入射到偏光片上时，振动方向与分子排列方向一致的光将被吸收，而与分子排列方向垂直的光则能够顺利通过。
通过适当的设计和调节材料的分子排列方向，偏光片可以实现特定方向的光的传递和阻挡。
此外，偏光片还可以通过叠加多个不同方向的分子排列结构，形成多层复合结构，以增强光的选择性透过性能。
这种复合结构的偏光片通常具有更高的透过率和更低的反射率。
总之，偏光片的工作原理是基于光的电磁波性质和材料的吸收与传播特性。
通过特殊的分子排列结构，偏光片能够选择性地通过特定方向的偏振光，并阻挡其他方向的偏振光，从而实现偏振光的控制和调节。
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2n 1 n2 + n1
n -n RP = RS = 2 1 n2 + n1 TP = TS =
4n 1 n 2
!
"
2
2
! n2 + n1 "
1.5
偏振光干涉公式
A Pr =
（θi - θt） tan A tan （θi + θt） Pi sin （θ i - θ t） A sin （θ i + θ t） Si
一般情况下，光从空气入射到透明材料中， 反 射光和折射光都是部分偏振光， 反射光电矢量在垂 直入射面方向相对强， 折射光电矢量在平行入射面 方向相对强 。 当光以某特定角度 θB 入射， 满足公 式： tan θB= n ， 反射光和折射光互相垂直， 反射光偏 振方向垂直入射面， 为 S 光， 反射光中没有 P 光分 量 。 这个现象是布儒斯特于 1815 年发现的， 称为 布儒斯特定律 。 布儒斯特定律是一些偏光元件的起 偏原理 。
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Apr. 2012， 总第 135 期
范志新 ： 偏光片知识讲座
第三讲 偏光元件原理
2 2 I= I 0 sin 2 θsin δ 2
2
2.1
棱镜偏光元件起偏原理
尼科耳棱镜
偏振光以 45° 角被反射，出射方向与 P 光成 90° 角。 此偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而 成，其中一个棱LCOS 设备光引擎上 专 有特殊应用 。 家
现代显示 Advanced Display
一个平行平面波片放置在两枚起偏器 P 和检 偏器 A 之间，当波长为 单色线偏振光垂直入射到 波片时， 求通过检偏器 A 的干涉光强 。厚度为 d 的 波片使 o 光和 e 光产生的光程差是 δ= Δnd= (ne- no)d 相位差是 φ= 2π ! ne- no " d λ 用 α 表示 P 和 A 之间的夹角，用 θ 表示波 片光轴与 P 之间的夹角， 干涉光强表达式是 2 2 （θ- α） sin δ I= I 0 cos α- sin2θsin2 2 P‖ A 时 2 2 δ I= I 0 1- sin 2θsin 2 P⊥ A 时
1.2
布儒斯特定律
P 分量强度反射率： RP= rP2， S 分量强度反射 2 率： RS= rS ； P 分量振幅透射率， t P= APt/APi， S 分量振幅透射 率： t S= ASt/ASi； P 分量强度透射率： TP= t P2， S 分量强度透射率： 2 TS= t S 。 由能量守恒 、 菲涅耳公式， 按这组公式可以得 到光经过透明材料的反射率和透射率 。 （θ i - θ t） tan rP = tan （θ i + θ t） （θt- θ） i rS= sin sin （θi+ θ） t 2n 1 cos θ i tP = n 2 cos θ i + n 1 cos θ t
A Sr =-
1.4
反射率和透射率公式
当光束遇到两种折射率不同的介质界面时， 为 了说明反射和折射各占多少比例， 引入反射率和透 射率 。 光强经常理解为振幅的平方， 以入射光强度 为单位 1 ， 在没有光吸收损失的情况下， 则反射率 与透射率之和必然等于 1 ， 几种反射率和透射率的 定义如下 。 P 分量振幅反射率： rP= APr/APi， S 分量振幅反射 率： rS= ASr/ASi； 6
玻片堆
2.3
洛匈棱镜
洛匈棱镜也是一种由两块直角方解石晶体制 成的双折射偏光元件， 第一个棱镜的光轴与第二个 棱镜的光轴垂直， 但与入射光平行 。 入射一束无偏 光束，在第一块棱镜中不偏转，无 o 光和 e 光之 分 。 达到第二块棱镜时， 垂直第二块棱镜光轴的是 o 光， 无偏转的出射； 平行的是 e 光， 发生偏折出 射 。 遮掉其中一束， 即得到一束很好的线偏振光 。
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第三讲 偏光元件原理
专 家 的 思 考
0.2 左右， 比较小， 要达到同样的起偏效果， 需要比 玻片堆有更多的层数 。 但是高分子塑料膜每层厚度 仅在微米尺度，即使上百层也不及一片玻璃的厚 度， 因此多层膜偏光片是一种可以大面积化 、 有实 用价值的偏光片产品， 而缺点是不能正面用， 入射 可以采 光只能倾斜入射 。 但其缺点却又是个优点， 用多层膜偏光片作增亮膜 。 现有的吸收型偏光片， 即二向色性型偏光片， 一半光透射， 一半光被吸收， 多层膜偏光片， 一半光被透射， 一 所以光损失太大 。 半光被反射， 反射光可以通过类似菲涅耳菱体或偏 振分光棱镜的光学功能膜转化偏振方向， 重新反射 回到多层膜偏光片透射出来， 达到提高光源利用率 的目的 。 而显示器背光源特殊设计的导光板结构提 供了使光束以布儒斯特角倾斜入射的条件 。
利用玻璃片就可以制作偏光元件， 以布儒斯特 角入射时虽然反射光是 S 线偏振光，但是反射光 改变了光线传播方向， 而且反射率不高 。 利用多片 玻璃叠加在一起， 称为玻片堆， 自然光以布儒斯特 角入射， 光线每遇到一个界面， 约 15% 的 S 分量反 射， P 分量 100% 透射 。经过多次反射和折射， 反射 光都是 S 分量 。透射光中 S 分量也可以忽略， 几乎 就都是 P 分量线偏振光 。 反射型片光元件的优点 是适用的波长范围较大， 制作简单， 几乎所有的透 光材料都可用来制作反射型偏光元件， 因此这种偏 光元件在红外和紫外波段有其独特的优越性 。
现代显示 Advanced Display
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5
范志新 ： 偏光片知识讲座
第三讲 偏光元件原理
专 家 的 思 考
插进一偏光片： I= I0 [cos2θ ] 2= I0 [cos2π/4] 2 = I0[1/2] 2= I0/4 ； I= I0 [cos2θ ] 3= I0 [cos2π/6] 3 插进两偏光片： 3 = I0[3/4] =27I0/64=0.42I0； 插进三偏光片： I= I0 [cos2θ ] 4= I0 [cos2π/8] 4 =0.53I0； 插进 N （无穷多） 偏光片： I ≈ I0[cos2π/N] N= I0。 由此可以理解扭曲排列液晶盒旋光后光透过 。
由布儒斯特定律和菲涅尔反射和折射公式可 知， 反射和折射会改变入射光的偏振状态 。 入射光 是自然光， 反射和折射光都是部分偏振光； 入射光 是圆偏振光， 反射和折射一般是椭圆偏振光； 入射 光是线偏振光，一般反射和折射光仍是线偏振光， 但是偏振方向要改变， 全反射时反射光一般是椭圆 偏振光 。
3.1
摘
要 ：全文详细综述偏光片的发明和应用、偏振光学基础、偏振元件原理、偏光片的结构、制造、性能、
检测、实验、技术发展、产业现状、市场前景等系列知识，文章对于从事偏光片生产和应用工作的新成员 具有入门指导意义，对于偏光片研究者也具有一定的参考价值。 关键词 ： 偏光片 ； 偏振光学 ； 原理 ； 制造 ； 检验 中图分类号 ：TN949.199 文献标识码 ：B
菲涅耳公式是一组描述反射光 、 折射光及入射 1823 年得到 。用 ASi、 光振幅之间定量关系的公式， APi、 ASt 、 APt 、 ASr、 APr 分别表示入射光 、 折射光 、 反射 光的垂直入射面和平行入射面的振幅分量， θi 和 θt 分别表示入射角和折射角， 菲涅耳公式写成： 2cosθ t cos θ i A Pt = A Pi sin （θ i + θ） （θ i - θ） t cos t 2sin θ t cos θ i A St = Asi sin （θ i + θ t）
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第三讲 偏光元件原理
文章编号： 1006- 6268 （2012 ） 03- 0004- 08
偏光片知识讲座 第三讲 偏光元件原理
范志新 （ 深圳市三利谱光电科技股份有限公司 ， 广东深圳 518106 ； 河北工业大学应用物理系 ， 天津 300401 ）
专 家 的 思 考
尼科耳棱镜是利用光的全反射原理与晶体的 双折射现象制成的一种偏光元件 。 取一块长度约为 宽度 3 倍的方解石晶体， 将两端切去一部分， 使主 截面上的角度为 68 ° 。 将晶体沿着垂直于主截面 及两端面切开， 再用加拿大树胶粘合起来， 加拿大 树脂胶折射率介于寻常光折射率和非常光折射率 前半个棱镜中的 o 光射到树胶层中产生全反 之间 。 射， 最后从侧面出射； e 光不产生全反射， 能够透过 树胶层， 最后从对面出射 。 所以自尼科耳棱镜出来 的偏振光的振动面在棱镜的主截面 （晶体光轴与折 射光线构成的平面内） 。 尼科耳棱镜可用作起偏器， 也可用作检偏器 。
1
偏光定律
1.1
马吕斯定律
光学定律有很多， 我们仅介绍几个与偏光器件 相关的定律和公式， 包括马吕斯定律 、 布儒斯特定 律、 菲涅耳公式等 。
收稿日期 ：2012-02-04
描述从偏光器件透射出来的光强随起偏器和 检偏器的主截面之间夹角变化规律的经验定律， 即： I= I0cos2θ 。 两偏光片正交： I= I0cos2θ= I0cos2π/2=0 ；
3
多层膜偏光片起偏原理
2.2
渥拉斯顿棱镜
渥拉斯顿棱镜是一种由两块直角方解石晶体 制成的双折射偏光元件， 第一个棱镜的光轴与第二 个棱镜的光轴垂直， 又都与入射光垂直 。 入射一束 无偏光束， 在第一块棱镜中不偏转， 但这时 o 光和 e 光的速度不同， 达到第二块棱镜时， 将被分成两 个偏振方向互相垂直的线偏振光束 。 两束光的分离 角相对光轴而言大致是对称的，遮掉其中一束， 即 得到一束很好的线偏振光 。 为了保护晶体和方便使 用， 方解石晶体被组装在一个表面作了黑色处理的 圆筒内 。
A Course of Polarizer Knowledge Part Three The Principle of Polarizing Devices