偏振光的产生与基本及创新应用

偏振光的产生与基本及创新应用摘要：光的偏振现象进一步证实了光波是横波。我们用偏振片通过自然光获取偏振光，通过各种不

同的偏振片，来获得线性偏振光、椭圆偏振光和圆偏振等。产生各种偏振光，从而对偏振光有更深入的了解。更好地在生活中得到应用，并且在已有的偏振片的应用中创新地发现其他的可以应用的领域。

关键词：偏振光；偏振光产生；偏振光创新应用

引言

光的偏振是一个简单的物理现象，在生活中也有一些应用。发现偏振光的创新型应用能更好地利用简单的物理现象对人们的生活提供最大的便捷与帮助，也对提高学以致用的能力有很好的锻炼效果。

目录

1.偏振光产生原理

1.1光的偏振性 (1)

1.2偏振光的类别 (2)

1.3偏振光的产生 (3)

2.偏振光基本应用介绍

2.1在3D电影技术的应用 (5)

2.2在汽车车灯上的应用 (6)

2.3在生物的生理机能上的应用 (6)

3.偏振光创新应用发明

3.1可调温度的窗户 (6)

3.2多功能建筑顶棚 (7)

3.3在智能楼宇中的应用 (7)

3.4监测瓦斯浓度 (7)

4.参考文献 (8)

正文

1.偏振光产生原理

1.1 光的偏振性

波动分为两种：波的振动方向和传播方向相同的称为纵波；波的振东放行和传播方向相互垂直的波称为横波。在纵波的情况下，波的振动状态对传播方向具有对称性。对横波来说，在某一瞬间通过博得传播方向且包含振动矢量的那个平面显然和其他不包含振动矢量的任何平面有区别，这通常称为波的振动方向对传播方向没有对称性，波的振动方向对于传播方向不对称性叫做偏振，他是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。

我们知道光波是电磁波，因此光波的传播方向就是电磁波的传播方向，光波中的电矢量E和磁矢量H都与传播方向v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。在光和物质相互作用

的过程中，主要起作用的是光波中的电矢量E，所以在讨论光的作用时，只需考虑电矢量E 的振动。E称为光矢量，E的振动称为光振动。光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直，在与传播方向垂直的平面内还可能有各种不同的振动状态。

1.2偏振光的类别

1.部分偏振光

经常遇到的光，除了自然光和线偏振光外，一种偏振状态介于两者之间的光。如果用检偏器去检验这种光的时候，随着检偏器透光方向的转动，透射光的强度既不象自然光那样不变，又不象线偏振光那样每转90o交替出现强度极大和消光，其强度每转90o也交替出现极大和极小，但强度的极小不是0（即不消光）。具有这种特点的光，叫做部分偏振光。通常用偏振度P来衡量部分偏振光程度的大小，它定义为

P=（I极大-I极小）/ （I极大+I极小）

这里分母I极大+I极小实际是两个相互垂直分量的强度之和，即部分偏振光。线偏振光是偏振度最大的光。

2.线偏振光

透过偏振片的光线中只剩下了与其透光方向平行的振动。这种只包含单一振动方向光叫做线偏振光。线偏振光中振动方向与传播方向构成的平面，叫做偏振面。偏振片用来产生线偏振光，我们叫它起偏器。偏振片用来检验线偏振光，叫做检偏器。

I=I0Cos2θθ为偏振面夹角

线偏振光通过检偏器后透射光强度随θ角变化的规律，叫做马吕斯定律。

3.圆偏振光

如果一束光的电矢量在波面内运动的特点是其瞬时值的大小不变，方向以角速度ω（即波的圆频率）匀速旋转，换句话说，电矢量的端点描绘的轨道为一圆，这种光叫做圆偏振光。垂直振动的合成理论告诉我们，两个相互垂直的简谐振动，当它们的振幅相等，位相差±π/2时，其合成运动是一个旋转矢量，所以圆偏振光可看成是两个相互垂直的线偏振光的合成，而分量应写成

Ex = Acosωt

Ey = Acos(ωt±π/2)

如果迎着圆偏振光的传播方向放一偏振片，并旋转其透光方向以观察透射光强的变化，我们会发现光强不发生变化。

4. 椭圆偏振光

电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆的光，称为椭圆偏振光。椭圆运动也可看成是两个相互垂直的简谐振动的合成，只是它们的振幅不等，或位相差不等于±π/2。而分量可写成

Ex = Acosωt

Ey = Acos(ωt±δ) δ为位相差

如果迎着椭圆偏振光的传播方向放一偏振片，并旋转其透光方向以观察透射光强的变化，我们会发现其光强变化特点类似部分偏振光，即强度每转90o也交替出现极大和极小，但无消光位置。

1.3偏振光的产生

1.直线偏振光的产生

A.利用晶体的双折射

原理：

一束入射光进入各向异性的媒质后，分裂成沿不同方向折射的两束光，称为双折射。其中一束遵守折射定律，成为寻常光，简称o光，另一束不遵守折射定律，成为非寻常光，简称e光。o光和e光都是线偏振光。尼科尔棱镜结构如下图(1),其中AN垂直于AC,AN段为折射率介于方解石的n o和n e的透明加拿大树胶，自然光沿平行于棱边AM方向入射到第一块棱镜端面上，这时入射角为22度，进入棱镜后分为寻常光o光和非常光e光，o光以76度入射到加拿大树胶上，因入射角超过临界角度，所以发生全反射，而e光射到树胶上不发生全反射，从棱镜的另一端射出。

B.利用反射的布儒斯特定律—玻璃片堆获取线偏振光

自然光射到两种媒质的分界面上，要发生反射和折射，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直于入射面的光振动比较强，在折射光中，平行于入射面的光振

动比较强。如图(2)，当入射角i B 满足tani B =n 2/n 1时，反射光中，平行于入射面的光振动消失，反射光成为振动方向垂直于入射面的线偏振光，而折射光仍为部分偏振光，此即为布儒斯特定律。如下图(3)，当自然光以布儒斯特角入射，通过玻璃片堆时，由于各个界面上的反射光都是光振动垂直于入射面的线偏振光，所以，每经过一次反射，折射光中垂直入射面的光振动就减弱一次，折射光的偏振化程度就高一些。当玻璃足够多，投射出的折射光就接近光振动方向平行于入射面的线偏振光，称为折射起偏。

C.借助偏振片—利用物质的二向色性 物质的有选择地吸收光波中两个垂直分量之一的性质叫做二向色性。可以使天然光变成偏振光的光学元件叫偏振片。其中一种的制定方法是将具有网状结构的聚乙烯醇高分子化合物薄膜作为片基，把它浸入碘液中，再经过硼酸水溶液还原稳定后，再把它定向拉伸 4-5倍，使大分子定向排列。即经拉伸后，使高分子材料由网状结构变成线状结构，碘分子则整齐地被吸附在该薄膜上形成细长碘链，只允许垂直于分子排列方向的光振动通过，即具有二向色性，从而可使自然光变成线偏振光。