偏光片知识讲座第二讲 偏振光学基础

看 ， 电矢 量 端 点逆 时针 旋 转 ， 为 右旋 圆偏 振 态 ； 若 则 若 电矢 量 端 点 顺 时 针 旋 转 ， 为左 旋 圆偏 振 态 。 则
（ 椭 圆偏 振 光 ， 果 光波 电矢 量 随 时 间作 有 ５） 如
Ａ后 面 就 变 暗 。 第 二 个 偏 光 片 Ａ 帮 助 我 们 辨 别 出
范 志 新 ： 光 片 知识 讲 座 第 二 讲 偏
偏 振 光 学 基 础

文章编号 ：０ ６ ６ ６ （０ ２ ０ — ０ ５ ０ １０ — ２ ８ ２ １ ）３ ０ ０ — ７
偏 光片知识讲座 第 二讲 偏振 光 学基础
范 志新
（ 深圳 市 三利谱 光 电科技 股份 有 限公 司 ， 东深 圳 ５ ８ ０ 河北 工业 大学应 用 物理 系 ， 津 ３ ０ ０ ） 广 １ １ ６； 天 ０ ４ １
规 则 地 改 变 ， 电矢 量 末端 轨 迹 在 垂 直 于 传 播 方 向 即
的平面上呈椭圆形 ， 则称为椭 圆偏振光。 同样 ， 圆 椭 偏 振 光 也 有 右旋 椭 圆偏 振 态 和 左 旋 椭 圆偏 振 态 之 分 。椭 圆偏 振 光 应 用 的例 子 是椭 偏 仪 ， 用于 测量 薄 膜材料 的折射率 、 消光系数、 厚度等 ， 在许多材 料科 学 研 究 领 域 是重 要 的研 究 手 段 。
波 ， 电场 振 动 一定 垂直 于 传 播 方 向。 其
— ．
的 强 度 随 着 Ａ 转 动 而 出现 周 期 性 的 变 化 ，而 且 每 转 过 ９ 。 就 会 重 复 出 现 发 光 强度 从 最 大 （ 亮 ） ０ 最 逐 渐 减 弱 到 最 小 （ 暗 ）继 续 转 动 Ａ， 光 强 又 从 接 最 ： 则
固定 ， 而把 偏 光 片 Ａ 缓 慢 地 转 动 ， 可 发 现 透 射 光 就
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Ｃ Ａ
（） ２
其 中， 门为介质折射率 ， Ｃ为真空 中的光速 ， 为真 空 中 的波 长 。 若 以复 数形 式 写 出光 波 函数 ， 折
射 率 会 在指 数 项 ，所 以 当介质 是 透 明 不 吸 光 的话 ， 其 折 射 率 是 实数 ， 波 长 有 关 ， 为光 的色散 效 应 ； 与 称 对 于 吸 光 材 料 ， 射 率 是 个 复 数 ， 提供 指 数 的 衰 折 以 减 项 。 其 次 ， 用 复 数 形 式 表 示 光 波 ， 方便 计 算 ， 若 为 波 函数 中只 有 实数 项 才有 物 理 意 义 。 由于 光 波 为横
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１ 偏 振 光 知 识
１１ 偏 振 光 定 义 ．
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（ ｈ ｎ ｈ ｎＳ ｎ ｙ ｏ Ｏｐｏ ｌｃｒｎ ｓＣｏ， ｔ．Ｓ ｅ ｚ ｅ ａ ｇ ｏ ｇ ５ １ ６ Ｃｈｎ ； Ｓ ｅ ｚ ｅ ｕ ｎ ｐ ｌ ｔｅｅ ｔ ｉ ． Ｌｄ， ｈ ｎ ｈ ｎＧｕ ｎ ｄ ｎ １ ， ｉ ｏｃ ８０ ａ
收稿 日期 ： ０ ２ ０ － ４ ２ １ — ２ ０
Ｍａ ． ０ ２ 总第 １４期 ｒ２１ ， ３
现代 显 示 Ａ ｖ ｎ ｅ ｓ ｌ ｄ ａ ｃｄＤｉ ａ ｐｙ
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范 志 新 ： 光 片 知 识 讲 座 第 二 讲 偏
偏 振 光 学基 础
电矢 量 的 分 布 可看 作 是 机 会 均 等 的 ， 们 的 总 和 与 它 光 的 传 播 方 向 是 对称 的 ，即 电矢 量 具 有 轴 对 称 性 、 均 匀 分 布 、 方 向振 动 的 振 幅相 同 ， 种 光 就 称 为 各 这 自然 光 。
Ｄ ｐ ｒ ｎ ｆ ｐ ｌｄＰ ｙ ｉｓ Ｈ ｂ ｉ ｉ ｒｉ ｆ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｔａ ｊ ０ ４ １ Ｃｈｎ ） ｅ ａｔ ｔ ｐｉ ｈ ｓ ， ｅ ｅ Ｕｎ ｅｓｙｏ ｃ ｎ ｌｇ ， ｉｎｉ ３ ０ ０ ， ｉａ ｍｅ ｏ Ａ ｅ ｃ ｖ ｔ Ｔ ｎ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈｓ ｐ ｐ ｒｓ ｍ ｍ ａ ｉｅ ｔ ｅ ｐ ｌｒ ｅ ｎ ｗ ｌｄ ｅ ｉ ｅ ａｌｄ ｎ ｌｄ ｂ ｕ ｆｔ ｅ ｉ ａ ｅ ｕ ｒ ｈ ｏａ ｉ ｒｋ ｏ ｅ ｇ ｎ ｄ ｔ ｉ ，ｉｃｕ ｅ ａ ｏ ｔｏ ｈ ｚ ｚ ｅ ｉｖ ｎ ｉｎａ ｄａ ｐｉａ ｉｎｏ ｏａ ｉｅ ， ｈ ａ ｉ ｏ ｏａ ｉ ｔ ｐ ｉｓ ｔ ｅ ｐ ｉｃｐｅ ｏ ｏａ ｉｉｇ ｎ ｅ ｔ ｎ ｐ ｌ ｔ ｆｐ ｌｒ ｒｔ ｅ ｂ ｓｃ ｆｐ ｌｒ ａ ｉ ｏ ｔ ， ｈ ｒ ｉｌ ｆｐ ｌｒ ｎ ｏ ｃ ｏ ｚ ｚ ｏｎ ｃ ｎ ｚ ｄ ｖｃ ｓ ｔ ｅｓ ｒ ｃ ｕ ｅａ ｄｍ ａ ｕ ａ ｔ ｒ ｆ ｏｌｒ ｅ ， ｈ ｒ ｐ ｒｉｓａ ｄｅ ａ ｉａ ｉｎｏ ｏａ ｉｅ ， ｅ ｉｅ ， ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｎ ｎ ｆｃ ｕ ｅｏ ａ ｉ ｒｔ ｅｐ ｏ ｅｔ ｎ ｘ ｍ ｎ ｔ ｆ ｌｒ ｒ ｐ ｚ ｅ ｏ ｐ ｚ ａ ｄｔ ｅｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｎ ａ ｋ ｔｓａ ｅｏ ｏａ ｉ ｒ Ｉ ｈ ｖ ｏ ｍ ｏ ｉ ｃ ｅ ｓ ｎ ｈ ｅ ｈ ｏｏ ｙｄ ｖ ｌｐ ｎ ｄ ｍ ｒ ｅ ｔｔ ｆ ｌｒ ｅ ．ｔ ａ ｅａｃ ｍ ａ ｐ ｚ ｎｄ ｒ ｔｓ ｎ ｅ ｅ ｆ ｒ ｅ ｃ ｕｔ ｏａ ｉ ｒｎ ｓ ｒ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｒ ｏａ ｉｅ ｓ ａ ｃ ｏ ｋ ｒ ． ｏ ｗ ｒ ｒ ｉ ｉ ｐ ｌｒ ｅ ｄｕ ｔｙａ ｄａｒ ｆ ｒ ｌｅｆ ｌｒ ｒｅ ｅ ｒｈｗ ｒｅ ｓ ｎ ｅ ｓｎ ｚ ｉ ｖ ｏ ｐ ｚ ｒ
通 过 ， 时在 Ａ 的后 面 有较 亮 的光 。当 Ａ 的 透 光 方 这 向与 偏 振 光 的偏 振 面 垂 直 时 ，偏 振 光 不 能通 过 ， 在
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。 （ 线 偏 振 光 ， 动 方 向和 光 波 前 进 方 向构 成 ３） 振 的 平 面 叫做 振 动面 ， 的振 动 面 只 限于 某 一 固 定 方 光 向的 ， 叫做 平 面 偏 振 光 ， 因 为 其 电矢 量 振 动 轨 迹 又 在传 播 过 程 中为 一 直 线 ， 又 称 线 偏 振 光 。 故 （ ４）圆偏 振 光 ， 果 光 波 电 矢量 随 时 间做 有 规 如 则 地 改 变 ， 电矢量 末端 轨 迹 在 垂 直 于 传 播 方 向 的 即 平 面 上 呈 圆 形 ， 称 为 圆偏 振 光 。 迎 着 光 传 播 方 向 则
区 分开 。
２ 偏 振 光 的 描 述
偏 振 光 学 中描 述 电矢 量 振 动 的方 程 ， 算 通 过 计 光 学 元件 后 的光 强 ， 数 学 上 有 三 角 函数 、 在 复数 、 琼
斯矩 阵 、 托 克 斯 矢量 、 加 球 表 示 等 多种 形 式 ， 斯 邦 初 步 学 习最 简 单 的是 三 角 函 数 形 式 ， 入 研 究 要 懂 得 深
关键 词 ： 光 片 ； 偏 偏振 光 学 ； 理 ； 原 制造 ； 检验
中 图 分 类 号 ： Ｎ ４ ．９ Ｔ ９ ９１９ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ａ ｕ ｓ ｆＰｏａ ｉｅ ｏ ｅ ｇ Ｃｏ ｒｅ ｏ ｌｒ ｒＫｎ ｗｌｄ ｅ ｚ Ｐａ ｔＴ Ｔｈ ｓｃ ｏ ｌ ｉａ ｉｎ Ｏｐ ｉｓ ｒ ｗｏ ｅ Ｂａ ｉ ｆＰｏａｒ ｔ ｔ ｚ ｏ ｃ
近于 零 逐 渐 增 强 到 最 大 。由 此 可知 ， 过 Ｐ的透 射 通
光 与 原来 的 入 射 光性 质 是 有所 不 同 的 ， 说 明经 过 这
Ｐ的透射光 的振动对传播方 向不具有对称性 。自然 光 经 过 偏 光 片 后 ，改 变 成 为具 有 一 定 振 动 方 向 的
偏 振 光 ， 是 它被 称 为 “ 偏 器 ” 这 检 的原 因。 其 实 光路
可逆 ， 和 Ｐ的作 用 可 以互 换 。 只 用偏 光 片 能检 验 Ａ 出入 射 光 是 否 是 平面 偏 振 光 ， 不 能把 自然 光和 圆 但 偏 振 光 区分 开 ， 不能 把 部 分 偏振 光 与椭 圆偏 振 光 也
布 ， 种 光 叫 做 自然 光 。 通 常 ， 源 发 出 的 光 波 ， 这 光 其 电 矢 量 的振 动 在 垂 直 于 光 的 传 播 方 向上 作 无 规 则 取 向 ， 统 计 平 均 来 说 ， 空 间 所 有 可 能 的 方 向上 ， 但 在
波 。 在 与 光 波 传 播 方 向垂 直 的二 维 平 面 内 ， 电矢 量 Ｅ有 各 种 振 动 状 态 ， 为偏 振 状 态 ， 常 有 五 种 偏 称 通
（ 部 分 偏 振 光 ， 果 光 波 电矢 量 的振 动 在 传 ２） 如
光 ， 的 电矢 量 振 动 限 制 在 某 一 振 动 方 向上 ， 们 它 我 把 第 一 个 偏 光 片 Ｐ叫做 “ 起偏 器 ” Ｐ ｌｒｅ ）它 的 （ ｏ ｉ ｒ， ａｚ 作 用 是 把 自然 光 变成 偏 振 光 ， 是人 的 眼 睛 不 能 辨 但 别偏振 光 ， 必须 依 靠 第 二 片偏 光 片 Ａ 去 检 查 ， 光 偏 片 Ａ 就 口做 “ 偏 器 ”Ａｎ ｌ ｅ ） 旋 转 Ａ， 它 的 Ｌ 检 ｛ （ ａ ｚｒ。 ｙ 当 透 光 方 向与偏 振 光 的偏 振 面 平 行 时 ， 振 光 可顺 利 偏
电磁 波 在 与 物 质 作 用 时 ， 电矢 量 引 起 的作 用远
比磁 矢 量 的作 用 强 ， 因此 人 们 就 用 电矢 量 描 述 电磁
振 状 态 ， 自然 光 、 分 偏 振 光 、 偏 振 光 、 即 部 线 圆偏 振
光 、 圆偏振光。 椭 （ １）自然 光 ， 常 光 源 发 出 的 光 ， 的振 动 面 通 它 不 只 限于 一 个 固定 方 向 ， 是 在 各 个 方 向 上均 匀 分 而
其它形式。在均匀各 向同性 介质 中 ， 单色平面光波
用 电矢 量 （ ｔ 表 示 为三 角 函数 ： Ｆ， ）
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１２ 偏 振 光 检 验 ．
光 的偏 振 性 是 光 的横 波 性 最 直 接 、 有 力 的证 最
据 ， 的偏 振 现 象 可 以借 助 实验 装 置 进 行 观 察 。 用 光
Ｅ＝ Ｏ （ ０—ｋ・ ） Ａ Ｃ Ｓ ｃｔ ｒ
（ １）
其 中 ，Ｄ 为角 频 率 ， ｆ ． Ｋ为 波 矢 ， 为振 幅 矢 量 。（ Ａ ｊ
与频 率 的关 系 为 ：
Ｐ和 Ａ 两 张 同样 的偏 光 片 ，通 过 一 张 偏 光 片 Ｐ直 接 观察 自然 光 （ 如灯 光 或 阳光 ）透 过 偏 光 片 的光 虽 ， 然 变 成 了偏 振 光 ， 由 于人 的 眼睛 没 有辨 别 偏 振 光 但 的能 力 ， 无 法 察 觉 。如 果 我 们 把 偏 光 片 Ｐ的 方位 故
摘
要： 全文详细综述偏光片的发 明和应用、 偏振光 学基础 、 偏振元件原理、 偏光 片的结构、 制造、 性能、
检 测、 实验、 技术发展 、 产业现状、 市场前景等 系列知识 ， 文章对 于从事偏光片生产和应 用工作的新成员 具有入 门指导意义， 于偏光 片研究者也具有一 定的参考价值。 对