圆偏振光片（常缩写为 CP 或 CPL，即 Circular Polarizing Lens）是一种光学元件，可以将非偏振光转换为圆偏振光。它也可以反向使用，将圆偏振光转换为线偏振光，或选择性地阻挡特定偏振光。圆偏振光片广泛应用于摄影、立体3D显示和电子屏幕的防眩光滤镜。
工作原理
标准的圆偏振光片并非单一、均质的材料。它是由两个不同层以特定方向层压在一起组成的复合光学器件：
- 线偏振器：第一层过滤入射的非偏振光，只允许在单个特定平面内振荡的光波通过。
- 四分之一波片（相位延迟器）：第二层是双折射材料（波片），旨在在两个正交偏振分量之间引入精确的 π/2 弧度（90°）相移。
为了使器件产生圆偏振光，四分之一波片的快轴和慢轴必须相对于线偏振器的透射轴精确地偏转 45°。
当线偏振光以 45° 角进入四分之一波片时，它会分裂成两个沿快轴和慢轴传播的振幅相等、相互正交的分量。由于光沿这些轴传播的速度不同，其中一个分量会比另一个分量 偏离 90°。这两个异相、正交分量的矢量和导致电场矢量在传播时以圆形旋转，从而产生圆偏振光。
左旋偏振与右旋偏振
- 右旋圆偏振（RCP）：从接收器看来，电场矢量顺时针旋转。
- 左旋圆偏振（LCP）：从接收器看来，电场矢量逆时针旋转。
数学表示
通过圆偏振器的光变换可以使用琼斯矩阵进行精确描述。假设线偏振器垂直定向，四分之一波片的快轴位于 45°，则该操作由琼斯矢量和矩阵的乘积表示。
从线偏振器射出的光的琼斯矢量可以写成垂直列向量：
E_linear = [0, 1]
快轴位于 45° 的四分之一波片的琼斯矩阵由一个 2x2 网格表示，乘以一个常数：
M_QWP = (1 / √2) * [ [1, -i], [-i, 1] ]
将矩阵乘以矢量即可得到最终的圆偏振态。当您将矩阵的行乘以列矢量时，数学运算如下所示：
E_circular = (1 / √2) * [ [1, -i], [-i, 1] ] * [0, 1] E_circular = (1 / √2) * [-i, 1]
这个结果矢量，顶部位置为虚数单位“-i”，底部位置为“1”，描述了圆偏振光。
主要应用
摄影
在现代摄影中，圆偏振光片优于线偏振光片。许多数码单反相机 (DSLR) 和无反相机利用半镀银反光镜和分束器将光线导向相位检测自动对焦 (PDAF) 传感器和曝光计。这些内部组件对偏振高度敏感。如果镜头上使用纯线偏振光片，它可能会意外地与相机的内部光学器件交叉偏振，导致测光和自动对焦系统失效。CPL 通过先对光线进行线偏振（以消除环境眩光），然后立即将其“搅乱”成圆形旋转，使内部光束分离器能够准确读取，从而解决了这个问题。
OLED 显示屏和防眩光
圆偏振光片广泛应用于现代 OLED（有机发光二极管）显示屏，例如智能手机和智能手表，以消除内部反射。
- 环境光进入屏幕并通过 CPL，变为右旋圆偏振光。
- 该光线从 OLED 像素后面的高反射金属电极反射。
- 反射后，偏振的旋向反转（RCP 变为 LCP）。
- 当 LCP 光试图再次穿过 CPL 时，它被四分之一波片和线偏振器的组合完全阻挡。这在明亮的环境中显著提高了屏幕的对比度。
立体 3D 影院
RealD 3D 等系统使用圆偏振将两个不同的图像复用到同一电影屏幕上。一个投影仪使用左旋圆偏振投射左眼图像，另一个投影仪使用右旋圆偏振投射右眼图像。观众佩戴被动式 3D 眼镜，其中左右镜片是反向调谐的圆偏振器，确保每只眼睛只接收到其预期的图像。使用圆偏振而不是线偏振是因为它允许观众左右倾斜头部而不会失去 3D 效果或出现“重影”。