關鍵詞： 偏振光、幹涉、能量守恆、光密介質、光疏介質
首先，自然光是一種非偏振光。
其次，光從光密介質射向光疏介質容易發生全反射，光從光疏介質射向光密介質有半波損失。
再次，要明確的是，增透膜增反膜並不是對全波段的光進行增透和增反的，而且為了增反效果好，也不是鍍一層膜，而是鍍多層膜。
下面開始解釋（如果錯誤請各位大神指出，必虛心受教）。
自然光光是一種非偏振光，如左圖
（來自泡泡網，侵刪）
當然還有不完全偏振光，這裡不提了。右邊的那種就是偏振光的情況。偏振光作為一種波，是有振動方向的，而偏振片只讓某一方向振動的光穿過，而其他方向振動的光會被擋住（請想像一片柵欄）。所以我們看3D電影的時候，需要用偏振片做成鏡片，同時讓兩片偏振片的偏振方向垂直。於是，屏幕上的重影就可以分別進入左右眼，在腦中形成立體的圖像。
增透膜
增透膜是一種折射率介於玻璃和空氣之間的一種材料構成。當光入射過來時，會有一部分在膜的兩個面上反射回去，反射回去的光（兩列波），會進行幹涉。而如果膜的厚度滿足一定條件（如入=1/4n），兩列反射回去的光波就會相干相消，根據能量守恆，就可以認為是能量沒有返回，全部穿過鏡片了，從而達到「增透」的效果。但是，也只能對於某些波長的光做到增透，100%透過是不可能的。
增反膜
許多儀器和用品需要增反，比如某種用途的鏡子（壞笑）。
在玻璃基板上鍍一層折射率大於玻璃折射率的四分之一波長膜後，就能增反。層數多，效果好。
在膜邊界反射回來的光，相位相同，經過相干增強，能量守恆，於是就可以認為光波能量都返回去了，於是達到增反的效果。
偏振光的基本概念
光是一種電磁波,波長在400NM到700NM之間,能被人眼看到.
既然是電磁波,就有波的特性,折射與反射.通常光波遇到表面平滑的物體(金屬表面除外)如玻璃或水面就會同時發生折射與反射.反射時反射角等於入射角,折射角取決於物體的折射率,通常光學玻璃的折射率在1.4-1.9之間.當反射角隨著入射角的變化而變化,同時折射角也在變化,當反射角與折射角之間成直角時,此時的反射光線就是偏振光.這就是布儒斯特定理,大學普通物理光學部分都有介紹.而噹噹反射角與折射角之間角度不是直角時,則反射光線為部分偏振光.
這裡再簡單說一下什麼叫偏振光,以幫助沒學過大學理工科的朋友理解.
光有波粒二相性,通常我們看到的以波動性為主,粒子性要到量子力學時才會用到.光的波動性表明它是一種橫波,就是振動方向垂直與傳播方向.
自然光裡面光的振動方向是隨機的,面對光的傳播方向,你可以想像成它的振動方向就象一個鬧鐘一樣,光沿秒針的軸向你射來,其振動就是象秒針指示的360度的任何方向.因為是隨機的,所以就不會在某個特定方向上加強或減弱.而偏振光則是在某一個特定方向上振動,比如只是沿4 點和10點的方向振動,這種在單一方向上振動的光就叫線性偏振光,
除了線性偏振光外,還有圓偏振光,圓偏振光是從線性偏振光來的,但其區別在於這種偏振光不是固定在一個方向上振動,而是會旋轉,就象秒針一樣會360度不停地轉動.比如說某一時刻振動方向是12點和6點, 下一時刻就是1點和7點,再下一時刻就到2點和8點了.
若學過數理統計,則很容易理解, 假設E為光振動方向的數學期望,O為E的方差.則
自然光;: E=0, O<>0
線性偏振光:E<>0, O<>0
圓偏振光: E=0, O=0
(注意這裡說的光不是某一特定頻率的光,而是從波長400NM到700NM各種不同頻率的光都加在一些振動.要不就成雷射了)
偏振鏡是由光的偏振原理而來的,它實際上是一種光柵,當光柵方向與偏振光方向一致時,偏振光可以通過,成90度時,偏振光會完全被擋住.
偏振鏡在拍攝時的運用:
在拍攝時,若我們想拍攝魚缸裡的魚時(假設魚缸是方的,由四塊玻璃板圍成的,圓的魚缸等會再說),將相機鏡頭直接對準魚缸,拍攝出來的相片上是無法看清魚缸裡面的魚的,只有魚缸的反光.
此時我們可以用偏振鏡加到鏡頭前面,然後轉動偏振鏡,從取景器中可以看到魚缸的反光隨著偏振鏡的轉動而減小,當減小到一個最小值時,又會加大.這說明偏振鏡擋住了從魚缸反射的部分偏振光.當我們改變相機與魚缸之間的夾角,就意味著入射角的改變,當反射角與折射角成為直角(布儒斯特角)時,魚缸反射光就完全是偏振光了,此時取景器裡完全看不到魚缸的反光了.此時入射角的數值可以用由玻璃折射率的反正切函數得到(ARCTG1.4-ARCTG1.9,為54度到62度之間),相機與魚缸之間的夾角要用90度減去這個值.
當魚缸是圓的時候,我們可以想像圓是由無數個小的平面組成,當一個平面成布儒斯特角時其他平面卻不是,所以偏振光是無法完全消除的.
對於金屬來說,沒有折射,所以這定理不成立,但我們可以靈活運用,將偏振鏡放到燈光的前頭,轉動,直到取景器裡看不到金屬反射光為止.不過使用時注意,偏振鏡不耐高溫,被烤化了不負責.
說到此,加了偏振鏡消了偏光光就上上大吉了嗎?對咱們不靠拍攝吃飯的是這樣,但對一些吹毛求疵的器材發燒友卻覺得還要再花些錢才舒服.
現在的SLR大都是AF與AE,加了偏振鏡是否會對這兩個功能有影響?先讓我們來看看AF與AE的工作原理.
簡單地說AF就是靠測定補攝物體的距離來決定像距的,加了偏光鏡,擋了偏振光,使鏡頭裡的光線能量減小了,但物體的距離與角度都沒有變,所以對AF來說無所謂.
再看AE.現在SLR都是TTL測光(Through The Len),測光傳感器做在鏡頭後面的機身裡面,加了偏振鏡.射入鏡頭的光線能量減少了.但這種變化只是在某一個方向上發生,並且在這一方向上的反光我們並不需要,但若是這一方向是測光傳感器的工作方向,則相機會自動作出曝光補償,這樣照片就會曝光過度,若是這一方向不是傳感器的工作方向,則相機不會作任何曝光修正,得到的相片曝光也正好.
這就說明了偏光鏡對AE有可能有影響.
若你感到這些可能的影響還是難以忍受,那正對廠商的胃口.為了消除這點點影響,你就得花大把的銀子,反正你近千的機身都買了,幾千的鏡頭也買了,也不在乎再花幾百這點錢.既然如此,就讓你花得明白些.
偏振鏡的工作原理有兩點,一擋住某一振動方向光, 二允許某一方向振動的光通過.現在自然光裡反光被擋住了,同偏振鏡振動方向相同的光還可以通過,但通過後,光只是在某一特定的方向振動,所以若是我們能夠將這種特定方向上振動的偏振光,讓它轉起來,360度各個方向的振動都有,那麼就可以欺騙相機,讓相機將它當作自然光,而不作任何曝光修正了. 這就是圓偏振鏡的作用.
圓偏振鏡是由一塊普通線性偏振鏡,也加上一塊1/4波長的波片組成的.這個1/4波長,通常取綠光波長的1/4,因為綠光正好處於400NM到700NM可見光波長的中間.
自然光通過線性偏振片,出來的就是特定方向的偏振光,再通過1/4的波片.1/4波片有一特點,就是光線通過之後,會產生兩條相互正交的光線,其中的一條比另一條相位差90度(這正好是周期的1/4,所以叫1/4波片).其軌跡用數學方程表示就是
s1=A1*cos n
s2=A2*cos( n+90)=-A2*sin n
=>s1^2+s2^2=A1^2(cos n)^2+A2^2(sin n)^2
若A1=A2, 則其軌跡是個圓方程.但這個圓在轉,就象秒針一樣,360度不停地轉.
若A1<>A2,則其軌跡是個橢圓方程,也在不停地轉.
因為1/4波片的性質一定,所以設計時對於一定的波長, A1=A2. 就是個轉動的圓了.這就是圓偏振原理.
好了現在錢也花了,道理也懂了,但花了幾百塊(好的圓偏振比線性偏振鏡貴得多)錢買的圓偏振鏡是否真的象其吹的一樣好呢?
下面讓我們來做個實驗.
買一塊圓偏振鏡,再找到一個能產生偏振光的東西.找不到?那麼難找,其實你手頭就有,記住有液晶顯示的地方就有偏振光.LCD顯示器,數落相機後面的小屏幕,實在不行手錶上的液晶也行,它們產生的都是偏振光.
簡單說一下液晶原理:
一塊發光體,通常都用日光燈.前面放上兩塊偏振片,但兩塊偏振片的偏振方向是互為直角,這樣從前方你是看不到背後發出的光線的.
因為後一塊出來的偏振光被前面一塊給擋住了.在兩塊偏振片之間充入液晶,液晶有個光電特性,加電後,能使通過的光線轉個90度,這樣正好與前面那塊偏振片的偏振方向相同. 所以在加電的地方是亮的,不加電就是黑的.
將圓偏振鏡放在液晶顯示器前面,將與相機接口那一面對著自己.轉動,看看光線亮度是否會變化.最暗時應該完全不透光.若不是這樣,那就直接扔了吧,因為你買了塊普通玻璃片..
再倒過來,讓接口部位向著液晶,再轉動, 理想情況下,亮度不應該有明顯變化.因為偏振光線過1/4波片(波片沒有反正方向),應該成為全向振動的光.而偏振鏡對這種全向振動的光作用應該在各個方向上作用都相同,不然也你就發現新的物理光學定理了.
但實際情況肯定不是這樣,不然你就發財了.通常最亮與最暗很明顯,好的圓偏振片最暗的時候只比最亮時候差一點,差的圓偏振片最暗時幾乎完全看不見.
為什麼花了幾百塊錢,買到的卻未能如願,其實不怪廠商,他們沒有錯,錯在你的眼睛.
若你的眼睛只能看到綠光,那你就能看到最亮與最暗沒有差別了.但你現在眼睛太好了,能看到從400NM(紫光)到700NM(紅光),但1/4波片上的鍍膜只是以綠光作為標準的,因此對於其他波長的可見光,必然不可能是圓偏振,而是橢圓偏振.橢圓的在不同方向的長寬不相同,自然光線的亮度也不同了.
好了,現在究竟是去對你的眼睛動手術,還是接受這一現實,心甘情願地讓廠商騙你錢,就由你決定了.
再重複一下,好的相片不是由相機拍攝的,而是由你的頭腦和腿腳拍攝出來的. 器材不好,只要頭腦好一些,腿腳勤快些自然也可以補償的.坦白地說,什麼時候你花在膠片上的錢超過了相機鏡頭這些器材時,你就出道了.
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