La polarisation elliptique est l'état de polarisation le plus fondamental. Dans ce cas, les deux composantes de champ électrique ont une différence de phase constante (l'une se propage plus vite, l'autre plus lentement), et la différence de phase n'est pas un multiple entier de (\ pi/2 ). Les amplitudes peuvent être identiques ou différentes. Lorsqu'elle est vue le long de la direction de propagation, la trajectoire du point final du vecteur de champ électrique décrira une ellipse, comme le montre la figure ci-dessous:
La polarisation linéaire est une forme spéciale de polarisation elliptique. Dans ce cas, les deux composantes de champ électrique n'ont pas de différence de phase, et le vecteur de champ électrique oscille dans un seul plan. Lorsqu'elle est vue le long de la direction de propagation, la trajectoire du point final du vecteur de champ électrique est une ligne droite. Si les amplitudes des deux composants sont les mêmes, il en résulte une polarisation linéaire de 45 degrés, comme le montre la figure ci-dessous:
La polarisation circulaire est une autre forme spéciale de polarisation elliptique. Dans ce cas, les deux composantes de champ électrique ont une différence de phase de 90 degrés et la même amplitude. Lorsqu'elle est vue le long de la direction de propagation, la trajectoire du point final du vecteur de champ électrique est un cercle, comme le montre la figure ci-dessous:
La lumière émise directement par des sources lumineuses ordinaires est une collection irrégulière d'innombrables lumières polarisées, il n'est donc pas possible d'observer directement une direction d'intensité lumineuse préférée. Ce type de lumière, qui a la même intensité dans toutes les directions de vibration, est appelé lumière naturelle. Il a des états de polarisation et des différences de phase variables au hasard, y compris toutes les directions de vibration possibles perpendiculaires à la direction de propagation de la lumière, et ne présente pas de polarisation. Les exemples courants de lumière naturelle comprennent la lumière du soleil et la lumière des ampoules domestiques.
La lumière complètement polarisée a une direction d'oscillation d'onde électromagnétique stable, les deux composantes du champ électrique ayant une différence de phase constante. Il comprend la lumière polarisée linéairement susmentionnée, la lumière polarisée elliptiquement et la lumière polarisée circulairement.
La lumière partiellement polarisée contient des composants de lumière naturelle et de lumière polarisée. Par exemple, les faisceaux laser que nous utilisons souvent ne sont ni complètement polarisés ni non polarisés, ils appartiennent donc à une lumière partiellement polarisée. Pour quantifier la proportion de lumière polarisée dans l'intensité lumineuse totale, le concept de degré de polarisation (DOP) est introduit. C'est le rapport de l'intensité de la lumière polarisée à l'intensité lumineuse totale, allant de 0 à 1, où 0 indique une lumière non polarisée et 1 indique une lumière complètement polarisée. De plus, le degré de polarisation linéaire (DOLP) est le rapport entre l'intensité de la lumière polarisée linéairement et l'intensité lumineuse totale, et le degré de polarisation circulaire (DOCP) est le rapport de l'intensité de la lumière polarisée circulairement à l'intensité lumineuse totale. Dans la vie quotidienne, la lumière émise par les lumières LED communes est également une lumière partiellement polarisée.
De nombreux composants optiques peuvent affecter l'état de polarisation d'un faisceau lumineux. Ces effets peuvent parfois être souhaités par l'utilisateur et parfois non. Par exemple, lorsqu'un faisceau lumineux est réfléchi, son état de polarisation change généralement. Prenant la lumière naturelle comme exemple, après avoir été réfléchie sur une surface d'eau, elle devient une lumière partiellement polarisée. Tant que le faisceau lumineux n'est pas réfléchi ou ne traverse aucun milieu polarisant, son état de polarisation reste stable.
Pour modifier quantitativement l'état de polarisation d'un faisceau lumineux, des composants optiques polarisants peuvent être utilisés. Par exemple, une plaque quart d'onde est un composant polarisant commun en matériau cristallin biréfringent, avec un axe rapide et un axe lent. Il peut retarder la phase du vecteur de champ électrique parallèle à l'axe lent de (\ pi/2 ) (90 °), tandis que le vecteur de champ électrique parallèle à l'axe rapide ne subit aucun retard. Ainsi, lorsque la lumière polarisée linéairement avec une polaire de 45 degrésL'angle de zation est incident sur une plaque quart d'onde, le faisceau lumineux transmis devient une lumière polarisée circulairement, comme le montre la figure ci-dessous. Tout d'abord, un polariseur linéaire convertit la lumière naturelle en lumière polarisée linéairement, puis la lumière polarisée linéairement traverse la plaque quart d'onde, devenant une lumière polarisée circulairement, sans changement d'intensité lumineuse. De même, lorsque le faisceau lumineux se propage dans le sens inverse, la lumière polarisée circulairement avec un angle de polarisation de 45 degrés incident sur la plaque quart d'onde devient une lumière polarisée linéairement.
En utilisant une sphère d'intégration mentionnée dans les articles précédents, la lumière polarisée linéairement peut être convertie en lumière non polarisée. Lorsque la lumière polarisée linéairement pénètre dans la sphère d'intégration, elle subit de multiples réflexions à l'intérieur de la sphère, perturbant la vibration du champ électrique. Il en résulte une lumière non polarisée à l'extrémité de sortie de la sphère d'intégration.
La lumière polarisée en P et la lumière polarisée en S sont toutes deux une lumière polarisée linéairement avec des directions de polarisation perpendiculaires. Ils ont un sens lorsque l'on considère la réflexion et la réfraction des faisceaux lumineux. Comme le montre la figure ci-dessous, lorsqu'un faisceau lumineux est incident sur une surface, formant des faisceaux réfléchis et réfractés, le plan formé par le faisceau lumineux incident et la normale est défini comme le plan d'incidence. La lumière polarisée en P (du mot allemand «Parallèle») est une lumière avec une direction de polarisation parallèle au plan d'incidence, tandis que la lumière polarisée en S (du mot allemand «Senkrecht») est une lumière avec une direction de polarisation perpendiculaire au plan d'incidence.
P-Lumière polarisée et S-polarisée
Dans des circonstances normales, lorsque la lumière naturelle est réfléchie et réfractée à l'interface d'un diélectrique, la lumière réfléchie et réfractée sont toutes deux partiellement polarisées. Ce n'est que lorsque l'angle d'incidence est à un angle spécifique que l'état de polarisation de la lumière réfléchie est complètement polarisé en S (perpendiculaire au plan d'incidence), et l'état de polarisation de la lumière réfractée est presque entièrement polarisé en P (parallèle au plan d'incidence). Cet angle d'incidence spécifique est appelé l'angle de Brewster. Lorsque la lumière est incidente à l'angle de Brewster, la lumière réfléchie et la lumière réfractée sont perpendiculaires l'une à l'autre. En utilisant cette caractéristique, une lumière polarisée linéairement peut être générée.
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