Užití polarizace světla

LCD displeje

Zkratka LCD znamená Liquid Crystal Display - tedy displej s tekutými krystaly. Ony tam tedy žádné krystaly netečou, ale natáčejí se, a tím také stáčejí rovinu polarizovaného světla. Jak pracuje LCD displej vám skvěle vysvětlí v Badatelně. To si pusťte ze všeho nejdříve. Hlavní principy jsou potom připomenuty níže. Pokud chcete, můžete si to pustit i v angličtině.

Důležité vrstvy LCD displeje Podsvícení - vytvoří bílé souvislé světlo Polarizační filtr - vytvoří polarizované světlo První průhledná elektroda - elektrody slouží k vytvoření napětí ve vrstvě tekutých krystalů Tekuté krystaly - opticky aktivní látka - může stáčet rovinu polarizace světla Druhá průhledná elektroda rozdělená na jednotlivé obrazové body (pixely) Barevná RGB matice Polarizační filtr ve funkci analyzátoru - propustí pouze tu část světla, která je správně polarizovaná

Bez napětí – LCD krystaly stáčí rovinu polarizovaného světla o 90°. Světlo, které prošlo prvním filtrem (polarizátorem), projde i druhým filtrem (analyzátorem) a monitor bude v tomto místě světlý.

S napětím mezi elektrodami – tekuté krystaly se natočí ve směru intenzity elektrického pole. Při této orientaci již rovinu polarizovaného světla nestáčí. Světlo, které prošlo prvním filtrem (polarizátorem), neprojde druhým filtrem (analyzátorem) a monitor bude v tomto místě tmavý.

Současné monitory jsou samozřejmě barevné. Obraz je tvořen velkým počtem velmi malých červených, zelených a modrých bodů, které mohou svítit každý s jinou intenzitou. Říká se tomu RGB matice.

Složením červeného, zeleného a modrého světla vznikne v daném místě výsledná barva.

Kruhová polarizace

Kromě lineárně polarizovaného světla, kdy vektor elektrické intenzity E kmitá v jedné rovině, existuje i kruhově polarizovaná elektromagnetická vlna a kruhově polarizované světlo. V případě kruhově polarizovaného vlnění se vektor elektrické intenzity E v každém místě vlny točí v kruhu (doleva nebo doprava). Prohlédněte si to na následujících obrázcích.

Lineárně polarizovaná elektromagnetická vlna

 
Dva různé obrázky kruhově polarizované elektromagnetické vlny. Vlevo (černý obrázek) jsou zakresleny vektory
E i B, které jsou vždy navzájem kolmé. Na obrázku vpravo (bílé pozadí) je zakreslen pouze vektor E.

Elektromagnetickou vlnu v rozsahu radiových vln lze vytvořit díky speciálně tvarovaným anténám. (Radiové vlny mají mnohem větší vlnovou délku než světlo.)

V případě světelných vln lze vyrobit speciální polarizační filtry, které zajistí, že prošlé světlo je kruhově polarizováno.

3D kino

Prostorové vidění je dáno především tím, že naše levé a pravé oko jsou od sebe trochu vzdáleny, a tak každým okem vidíme přeci jen malinko odlišný obraz. Z těchto dvou obrazů pak náš mozek "složí" prostorový vjem.

3D film se natočí speciální kamerou se dvěma objektivy. Na plátno se promítají současně oba obrazy, avšak s různou polarizací. Diváci mají brýle s polarizačními filtry. Levým okem sledují jeden obraz a pravým okem druhý obraz. V mozku pak vzniká prostorový dojem.

Obrázek výše naznačuje, že se používají lineárně polarizovaná světla - vertikální a horizontální. V 3D kinech se však většinou používají kruhově polarizovaná světla - levotočivé a pravotočivé. Podívejte se na výklad (anglicky s českými titulky), který to moc hezky vysvětluje.

Doplňující informace

Polarizace odrazem

Při odrazu světla dochází k částečné polarizaci. Dobře se odráží světlo, jehož vektor intenzity E kmitá v rovině kolmé k rovině dopadu. Světlo, jehož vektor E kmitá v rovině dopadu, se odráží mnohem méně. V případě, kdy odražený a lomený paprsek spolu svírají úhel 90°, je tato polarizace úplná (světlo, jehož vektor E kmitá v rovině dopadu, se neodrazí vůbec).

Polarizační filtry ve fotografii

Protože odražené světlo bývá částečně a někdy skoro úplně polarizované, dají se odrazy a odlesky při fotografování potlačit správně orientovaným polarizačním filtrem. Velký rozdíl mezi fotografií s filtrem a bez filtru nastává například při fotografování oblohy nebo vodní hladiny. Obloha fotografovaná přes filtr ztmavne a mnohem lépe se prokleslí případné mraky. Hladina vody se pak mnohem méně chová jako zrcadlo, takže je lépe vidět pod hladinu. Prohlédněte si porovnání snímků na https://www.megapixel.cz/ukazka-ucinku-filtru.

Dvojlom

Dvojlom je vlastnost některých krystalů, například islandského vápence. Dopadající paprsek se láme dvěma způsoby. Oba lomené paprsky jsou navzájem kolmo polarizované. Pokud budeme přes dvojlomný krystal pozorovat nějaký předmět, uvidíme dva obrazy. Speciálně vyrobený hranol z dvojlomného materiálu, určený k oddělení obou polarizovaných paprsků, se nazývá Nikolův hranol (zkráceně Nikol).

Fotopružnost

Při mechanickém namáhání některých umělých hmot dochází k dvojlomu a polarizaci. Pokud před a za tuto hmotu dáme dva polarizační filtry (polarizátor a analyzátor), uvidíme barevné pruhy, ze kterých lze usuzovat na míru mechanického namáhání uvnitř předmětu. Tento jev se nazývá fotopružnost.