显色偏振论文

显色偏振

Colour-display polarization

摘要：偏振光变色应用在我们日常生活中无处不在，在科技领域更是大显身手。就连一些动物也少不了用偏振光来辨别方向。（Abstract: the application of polarized light discoloration in our daily life everywhere, in scientific and technical areas is steep. Even some animals with polarized light to identify nor without direction.）

关键词：偏振光（Polarized light）应用（application）自然光（Natural light）振幅（The amplitude）相位（phase）

我们已经知道，光波是横波，即光振动方向垂直于光的传播方向．但在垂直于光传播方向的平面内，光振动还可能有多种可能的取向，或说电场强度（与磁感应强度）在这样的平面内还可以在方向和大小上作多种可能的变化．光在传播中会表现出与光的横向振动状态有关的特性．反映光的这种特性的现象称为光的偏振现象．这是横波所特有的现象，纵波就没有偏振现象。

早在17世纪人们就观察到光的某些偏振现象，例如方解石晶体的双折射现象，然而当时光的波动理论尚未完善建立，也就不知道这种现象意味着光波是横波，直到T．杨和A．J．菲涅耳发展完善了光的波动理论，并提出光波是横波；J．C．麦克斯韦发展了电磁理论，肯定了光是电磁波，人们才对光的偏振现象有了深入的了解．

光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，光的偏振现象则表明了光及所有电磁波是横波。光振动的方向特性，即光的偏振性。根据光矢量对传播方向的不对称情形，光可分为线偏振光、自然光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。

在自然状态下发光体中的大量分子原子先后间歇发光时，光振动在垂直于光传播方向－的平面内不论是振动的方向或是振幅的大小都是随机变化的，各方向有相同的概率，没有哪个方向占有优势，这样的光波称为自然光或非偏振光．在自然光中，各个方向的光振动之间没有固定的相位关系．

我们研究光的偏振性质时，常在垂直于光传播方向的平面内把光振动分解为两个相互垂直方向的分振动．对于自然光，在任意取定的两个相互垂直的方向上分解出的两个分振动都有相同的振幅，但无固定的相位关系。

光波的光振动满足确定规律的光，称为偏振光。当一束光中只有一个固定方向的光振动时，称为线偏振光或平面偏振。包含光振动方向与光传播方向的平面称为振动面．除线偏振光外，还有圆偏振光和椭圆偏振光。它们都可以看作是两个振动面相互垂直的、有一定相位差的线偏振光的叠加。

将自然光转换成偏振光的过程称为起偏。光传播中发生的某些过程可以产生起偏的作用，根据这些过程的原理制成的光学器件可以人工实现起偏。这样的光学器件称为起偏器．

常用的一种能产生线偏振光的器件称为偏振片．它是用只允许某个方向的光振动通过的高分子薄膜胶合在特制的无应力平玻璃片之间制成的．这层高分子薄膜是经过拉伸并碘化的聚乙烯醇薄膜，使其中碳氢化合物分子沿拉伸方向成为含碘的长链．当光照射到偏振片上时，与分子长链方向平行的光振动分量被吸收，与链垂直的光振动分量可以透过．偏振片的这个与分子链垂直的方向称为偏振化方向．当自然光垂直入射到偏振片上时，透射光为光振动沿偏振化方向的线偏振光，当以光的传播方向为轴旋转偏振片时，透射光的光振动方向随之旋转且光强不变．

一般情况下，人的眼睛不能辨认透射光是自然光还是偏振光．要检验透射光

是不是线偏振光，可以在偏振片P

1的透射光路中再放入一块偏振片P

2

。以光的

传播方向为轴，将偏振片P

2旋转一周，可观察到透过P

2

的光强有两次明两次暗

的变化．偏振片P

2称为检偏器．当P

2

与P

1

的偏振化方向相互平行时，透过P

2

的

光强最大；当P

2与P

1

的偏振化方向相互垂直时，透过P

2

的光强为零。这表明透

过P

1

的光是线偏振光．

用E

0和I

表示线偏振光（例如透过P

1

的光）的振幅及光强．当P

2

的偏振化

方向与线偏振光的振动方向间的夹角为θ时，透过P

2的光振幅的大小为E

cosθ，

由于光强度正比于振幅的二次方，所以透过P

2的光强为：I=I

cos2θ。

这个关系称为马吕斯定律，它表达了线偏振光透过偏振片前后光强间的关系。原2．偏振光干涉及显色原理：

在两个偏振片之间放一个晶体。

○1当P

1⊥P

2

时，单色自然光入射，通过第一个偏振片时是竖直方向，振动的

线偏振光透过镜片成为椭圆偏振光，它可以用两个线偏振光来表示。它们的振幅

分别为A

1o 和A

1e

，它们之间的相位差是：

Δφ′= [ 2π（n0-n e）d ] / λ

再透过第二个偏振片，垂直于其偏振化方向的分量被偏振片吸收；因此A

1o 和A

1e

中只有沿偏振化方向的分量才能透过。它们之间的相位差为：

Δφ′= [ 2π（n0-n e）d ] / λ + π

附加相差π是由于A

1o 和A

1e

投影的方向不同，选择统一的振动方向，则应

加π。现透过第二个偏振片的两束偏振光频率相同，振动方向相同，并且有固定的相位差。它们互相干涉，透射光的强度取决于两相干光束的相位差：

Δφ = [ 2π（n

0-n

e

）d ] / λ + π ={2kπ，亮

(2k+1) π，暗

(1)

当晶片是均匀地，d为常数，在整个视场中，相位差相同，因此干涉的情况相同，亮度均匀，虽然无干涉条纹，但是仍为干涉，因他满足干涉条件，如果晶片地厚度不均匀，则不同的地方相位差不同，视场中出现强度具有一定的分布的干涉条

纹。