偏振光与热封

  • 2021-03-25
  • 359个视图

光是最常见的物质,很难捕捉,但它一直影响着我们的日常生活。

人们把光作为一种资源已经有很长一段时间了。光的利用在人类社会的发展中起着不可替代的作用。

起源与历史

人们对偏振光的研究始于1669年,丹麦科学家拉斯穆斯·巴托林发现,当光通过冰岛石时,即两束光发生折射,即发生双折射。在这两种光中,一种遵循当时已知的光学理论,另一种则是人们理论知识范围之外的“不寻常光”。拉斯穆斯巴托林当时无法用已知的光学理论解释这一现象。因此,从那时起,人们对光的理论研究就有了新的方向。

“极化”的概念起源于“极化之父”:Étienne-louisMalus。他的艰苦研究,从实验结果中推断出已知马鲁斯的法律:i = i(ο)cos²θ。(其中“I”是初始强度,并且“θ”是光的初始偏振方向与偏振器的轴线之间的角度。该研究结果对于未来的光学研究具有重要意义。

偏振光示意图
偏振光示意图

从此,源源不断的人加入到光学原理的研究队伍中来,光学理论也在不断发展和完善。

应用与发展

在当今社会发展中,光的偏振原理被广泛应用于各种场合。光的偏振理论广泛应用于地质、地震学、化学、天文学等领域。

与普通光和偏振光不同
与普通光和偏振光不同

在食品包装行业,偏振光也在悄然发挥作用。

包装的热封是通过增加温度适当地熔化用于包装的塑料包装材料,然后施加一定压力以重新粘合塑料包装材料。

在热封过程中,随着温度的升高,原有的聚合物链断裂,氢键发生变化,使材料堆积得更加紧密。对于某些塑料薄膜,可以利用偏振光的双折射原理来加强对热封条件的观察。进行此操作的原因是通过比较可见光透过塑料薄膜的透射率差异来判断塑料薄膜的热封性。

温度升高后,在压力作用下,密封材料的一系列变化是确定可见光透过率变化的前提。根据透光率,可以进一步推断密封的结晶度,也可以检查密封区域结晶的均匀性。

偏振光热封机
偏振光热封机

从常识上讲,结晶均匀,即密封效果好。在可见光的照射下,整个密封区域会呈现出相似的色调。当结晶不均匀,即封孔效果不好时,不同的封孔效果会表现出不同的光色。

由于密封材料和厚度的差异,光的颜色将不同。然而,在相同的密封封装中,人们可以根据光通过不同颜色呈现的塑料薄膜密封,判断是否存在不均匀的热密封结晶在包装密封上。

在工业应用中,使用偏振光可以快速帮助人们识别热封中的缺陷。但这一过程在实践中却鲜有应用。原因很多,其中成本和效率是最大的两个因素。在当今使用的包装机械的运行过程中,热封密封被偏振光识别后,密封性能差的热封包装无法有效的选择和再加热密封。其次,人们对热封的要求还没有达到一个非常严格的评价标准,热封留下的一小部分缺陷不会对包装和里面的材料造成很大的影响。在成本和效率的双重压力下,热封检测在实际应用中逐渐减少。

有很多方法可以检查热封,并且使用偏振光只有其中一个。

参考:
https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_sealer
https://en.wikipedia.org/wiki/Polarization_(波浪)
https://en.wikipedia.org/wiki/Birefringence
https://www.ni.com/en-us/innovations/white-papers/06/inspecting-transparent-materials-for-material-defects.html
https://www.fda.gov/food/laboratory-methods-food/bam-chapter-22c-examination-flexible-and-semirigid-food-containers-integrity