光学小论文汇编

偏振光

——PB12000719 夏瑞

关键词：定义产生应用

偏振光的定义和发现

振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。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。光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。具有偏振性的光则称为偏振光。偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。按照其性质,偏振光又可分为平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光、部分偏振光几种。如果光波电矢量的振动方向只局限在一确定的平面内，则这种偏振光称为平面偏振光，若轨迹在传播过程中为一直线，故又称线偏振光。如果光波电矢量随时间作有规则地改变，即电矢量末端轨迹在垂直于传播方向的平面上呈圆形或椭圆形,则称为圆偏振光或椭圆偏振光。如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势，这种偏振光就称为部分偏振光。

1808年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。马吕斯经实验一束光强为I o的线偏振光，透过检偏器以后，透射光的光强为I=I o(cosα)2。式中α是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向间

的夹角，该式称为马吕斯定律。

1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。定律指出自然光在电介质界面上反射和折射时，一般情况下反射光和折射光都是部分偏振光，只有当入射角为某特定角时反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，此特定角称为布儒斯特角或起偏角，用θb表示。光以布儒斯特角入射时，反射光与折射光互相垂直。

产生偏振光的方法

有多种方法产生线偏振光，如当自然光穿过线偏振片和尼科耳棱镜，以及按某一特定角度被介质表面反射后，都可以产生线偏振光，是常用的一些方法。而椭圆偏振光及圆偏振光可以通过让线偏振光通过一定厚度的双折射晶片来获得。

以下是几种产生线偏振光的方法。

1、线偏振片结构。由某些晶体（如电气石等）制成的偏振片，对于两个振动方向相互垂直的光频电场具有选择吸收的性能，只允许沿一个方向振动的光通过，所以透射光为线偏振光。

2、尼科耳棱镜结构。自然界中的方解石晶体在某一波长区具有天然双折射性质，具有电场振动方向互相垂直的e、o两个光轴。如按一定的晶体取向制成尼科耳棱镜，可使得e光透过，而让o光被大角度偏振，产生的透射光为纯的线偏振光。

3、介质表面反射。对于某一特定波长，当自然光以布儒斯特角入射到透明介质表面时，反射光中只有其振动方向与入射面垂直的成

分，可产生纯的线偏振光，而折射光中平行于入射面振动的分量较强，为部分偏振光。

对于椭圆偏振光，可用一个波晶片将线偏振光分解寻常光和非常光,由于它们在晶体内的传播速度不同,产生了一定的位相差δ,射出晶片之后,寻常光和非常光合成在一起便得到椭圆偏振光。把射出晶片的两个分量写成：

E x=A x cosωt

E y=A y cos(ωt+δ)

E x A X sin(ωt+δ)−

E y

A y

sinωt=sinδ

E x X cos(ωt+δ)−

E y

y

cosωt=0

联立可得：

E x X +

E y

y

−

2E x E y

x y

cosδ=sin2δ

可知，这是一个椭圆方程,所以运用这种合成的方法可以得到椭圆偏振光，并且在更特殊的情况下可以得到圆偏振光。

偏振光的应用

偏振光作为一种光学现象，在生活以及研究中都有着各种不同的作用，以下简略介绍几种。

1、在摄影镜头前加上偏振镜消除反光

在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡

这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄物体的反光消失时，既可以停止转动镜面。

2、摄影时控制天空亮度，使天空变暗。

由于蓝天中存在大量的偏振光，所以用偏振镜能够调节天空的亮度，加用偏振镜以后，蓝天变的很暗，突出了蓝天中的白云。偏振镜是灰色的，所以在黑白和彩色摄影中均可以使用。

3、使用偏振镜看立体电影

在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。

立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像,制成电影胶片。在放映时,通过两个放映机,把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映,使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上。这时如果用眼睛直接观看,看到的画面是模糊不清的,要看到立体电影,就要在每架电影机前装一块偏振片,它的作用相当起偏器。从两架放映机射出的光,通过偏振片后,就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处,偏振光方向不改变。观众用上述的偏振眼镜观看,每只眼睛只看到相应的偏振光图象,即左眼只能看到左机映出的画面,右眼只能看到右机映出的画面,这样就会像直接观看那样产生立体感觉。这就是立体电影的原理。

4、偏振光眼镜

同立体电影的眼镜类似。它是钓具辅助具之一。指钓者在钓鱼时用于观察水面、浮漂时，可消除浮漂、水面反光的特种眼镜。该镜还可防止阳光刺眼。其镜片颜色有茶色、灰色和墨绿色。其原理是在光波中有自然光和偏振光两种。自然光的电磁波是向四面八方振动的，即所谓出现光线的滥反射。这样，钓者用肉眼和普通太阳镜观察水面上的浮原时会出现倒影，加上水面波纹闪动反光，很难看清浮漂。而偏振镜片中间的胶膜内含有无数细小的杆状晶体，均朝一个方向顺序均匀地排列，故通过偏振眼镜后的光线只能朝一个方向振动。

5、液晶显示

“扭曲向列型液晶显示器”简称“tn型液晶显示器”。向列型液晶夹在两片玻璃中间。这种玻璃的表面上先镀有一层透明而导电的薄膜以作电极之用。这种薄膜通常是一种铟和锡的氧化物，简称ito。然后再在有ito的玻璃上镀表面配向剂，以使液晶顺着一个特定且平行于玻璃表面之方向排列。利用电场可使液晶旋转的原理，在两电极上加上电压则会使得液晶偏振化方向转向与电场方向平行。因为液态晶的折射率随液晶的方向而改变，其结果是光经过tn型液晶盒以后其偏振性会发生变化。我们可以选择适当的厚度使光的偏振化方向刚好改变。那么，我们就可利用两个平行偏振片使得光完全不能通过。若外加足够大的电压V使得液晶方向转成与电场方向平行，光的偏振性就不会改变。因此光可顺利通过第二个偏光器。于是，我们可利用电的开关达到控制光的明暗。这样会形成透光时为白、不透光时为黑，字符就可以显示在屏幕上了。