偏振光在视觉检测中的应用

作者:杨 浏览: 发表时间:2021-01-25 15:22:35 来源:山东菲涅尔光电科技有限公司

理解和操纵光的偏振对于许多光学应用是至关重要的。光学设计往往侧重于光的波长和强度,而忽略了光的偏振。然而,偏振是光的一个重要属性,它甚至会影响那些没有明确测量偏振的光学系统。光的偏振影响激光束的聚焦,影响滤光片的截止波长,并且对于防止不必要的后向反射非常重要。它对于许多计量应用是必不可少的,例如玻璃或塑料中的应力分析、药物成分分析和生物显微镜。不同的偏振光也可以被材料以不同的程度吸收,这也是LCD屏幕、3D电影和减少眩光太阳镜的基本特性。


       光是一种电磁波,这种波的电场垂直于传播方向振荡。如果电场的方向在时间上随机波动,则称光为未偏振光。许多常见光源(如太阳光、卤素灯、LED聚光灯和白炽灯泡)会产生非偏振光。如果光的电场方向确定得很清楚,它就叫做偏振光。最常见的偏振光来源是激光器。

       根据电场方向的不同,我们将偏振光分为三种偏振类型:线偏振:光的电场被限制在沿传播方向的单一平面内(图1)。圆偏振:光的电场由两个彼此垂直、振幅相等但相差π/2的线性分量组成。由此产生的电场围绕传播方向旋转一圈,根据旋转方向的不同,称为左旋或右旋圆偏振光(图2)。
椭圆偏振:光的电场描述一个椭圆。这是由幅度不同的两个线性分量和/或相差不是π/2的两个线性分量组合而成的。这是对偏振光的最一般描述,圆偏振光和线偏振光可以视为椭圆偏振光的特例(图3)。



图1:沿传播方向,线偏振光的电场被限制在y-z平面(左)和x-z平面(右)内。


图2:线偏振光(左)的电场由两个垂直的、振幅相等的、没有相位差的线性分量组成。合成的电场波沿y=x平面传播。圆偏振光(右)的电场由两个振幅相等的垂直线性分量组成,它们的相位差为π/2或90°。产生的电场波呈圆形传播。


图3:圆形电场(左)有两个幅值相等、相差π/2或90°的分量。但是,如果这两个分量具有不同的振幅,或者如果存在π/2以外的相位差,则它们将产生椭圆偏振光(右)。


        对反射和透射最重要的两个正交线偏振态被称为p偏振和s偏振。P偏振光具有平行于入射平面的电场极化,而s偏振光垂直于该平面。如图4:


图4:P和S是由它们相对于入射平面的方向定义的线性偏振。

为了选择特定的光偏振,使用偏振器。偏振器大致可分为反射式、二色性和双折射式。反射式偏振器传输所需的偏振,而反射其余的偏振。线栅偏振器就是一个常见的例子,它由许多相互平行排列的细线组成。沿着这些导线偏振的光被反射,而垂直于这些导线的偏振光被透射。其他反射式偏振器使用布鲁斯特的角度。布鲁斯特角是一个特定的入射角度,在这个角度下只有s偏振光被反射。反射光束是s偏振的,而透射光束是部分p偏振的。
    二色性偏振器吸收特定的偏振光,传输其余的光;现代纳米粒子偏振器是二色性偏振器。双折射偏振器依赖于折射率与光的偏振的关系。不同的偏振会以不同的角度折射,这可以用来选择特定的光偏振。非偏振光可以被认为是快速变化的p偏振光和s偏振光的随机组合。理想的线性偏振器将只传输两个线性偏振器中的一个,从而将初始未偏振强度
I0

降低一半,


     对于强度为I0的线偏振光,通过理想偏振器I的强度可以用Malus定律来描述,

       其中θ是入射线偏振和偏振轴之间的角度。我们看到,对于平行轴,透过率为100%,而对于90°轴(也称为交叉偏振器),透过率为0%。在现实应用中,透过率永远不会精确到0%,因此,偏振器的特征是消光比,它可以用来确定通过两个交叉偏振器的实际透过率。

5:左侧微分干涉镜头参数以及右侧实际影像


目前市面上有很多DIC微分干涉检测设备,其中的组成部分最重要的就是DIC微分干涉镜头,因为它集成了S偏光片和P偏光片。


DIC微分干涉检测镜头就是利用偏振光的原理,这些光经(5.)DIC分光片折射后分成两束光束,在不同时间经过检测样品的相邻部位,而后再经过(4.)BS和(2.)将两束光汇合,从检测样品中厚度上的微小区别就会转化成明暗区分,增加了检测样品的反差并且具备很强的立体感。如图5的实际拍摄影像。

目前此系列镜头搭配4K COMS高清线扫相机,分辨率可达到4640*256,像素大小(像元)7um*7um,可搭配蓝色,红色,绿色等多种高亮度LED光源。

如想要更详细的了解,可以跟我们销售人员联系,也可以通过山东菲涅尔光电科技有限公司的网站进行资料的下载。

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