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來(lái)源:光虎
偏振光( polarized light ),光學(xué)名詞。光是一種電磁波,電磁波是橫波。而振動(dòng)方向和光波前進(jìn)方向構(gòu)成的平面叫做振動(dòng)面,光的振動(dòng)面只限于某一固定方向的,叫做平面偏振光或線(xiàn)偏振光。
振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱(chēng)性叫做偏振,它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志,只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光波是電磁波,因此,光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動(dòng)矢量E和磁振動(dòng)矢量H都與傳播速度v垂直,因此光波是橫波,它具有偏振性。具有偏振性的光則稱(chēng)為偏振光。
偏振光是指光矢量的振動(dòng)方向不變,或具有某種規(guī)則地變化的光波。按照其性質(zhì),偏振光又可分為平面偏振光(線(xiàn)偏振光)、圓偏振光和橢圓偏振光、部分偏振光幾種。如果光波電矢量的振動(dòng)方向只局限在一確定的平面內(nèi),則這種偏振光稱(chēng)為平面偏振光,因?yàn)檎駝?dòng)的方向在傳播過(guò)程中為一直線(xiàn),故又稱(chēng)線(xiàn)偏振光。如果光波電矢量隨時(shí)間作有規(guī)則地改變,即電矢量末端軌跡在垂直于傳播方向的平面上呈圓形或橢圓形,則稱(chēng)為圓偏振光或橢圓偏振光。如果光波電矢量的振動(dòng)在傳播過(guò)程中只是在某一確定的方向上占有相對(duì)優(yōu)勢(shì),這種偏振光就稱(chēng)為部分偏振光。
自然光
光波是橫波,即光波矢量的振動(dòng)方向垂直于光的傳播方向。通常,光源發(fā)出的光波,其光波矢量的振動(dòng)在垂直于光的傳播方向上作無(wú)規(guī)則取向,但統(tǒng)計(jì)平均來(lái)說(shuō),在空間所有可能的方向上,光波矢量的分布可看作是機(jī)會(huì)均等的,它們的總和與光的傳播方向是對(duì)稱(chēng)的,即光矢量具有軸對(duì)稱(chēng)性、均勻分布、各方向振動(dòng)的振幅相同,這種光就稱(chēng)為自然光。
完全偏振光
(a)線(xiàn)偏振光
光矢量端點(diǎn)的軌跡為直線(xiàn),即光矢量只沿著一個(gè)確定的方向振動(dòng),其大小隨相位變化、方向不變,稱(chēng)為線(xiàn)偏振光。
(b)橢圓偏振光
光矢量端點(diǎn)的軌跡為一橢圓,即光矢量不斷旋轉(zhuǎn),其大小、方向隨時(shí)間有規(guī)律的變化。
(c)圓偏振光
光矢量端點(diǎn)的軌跡為一圓,即光矢量不斷旋轉(zhuǎn),其大小不變,但方向隨時(shí)間有規(guī)律地變化。
部分偏振光
在垂直于光傳播方向的平面上,含有各種振動(dòng)方向的光矢量,但光振動(dòng)在某一方向更顯著,不難看出,部分偏振光是自然光和完全偏振光的疊加。
方法一
通過(guò)反射、多次折射、雙折射和選擇性吸收的方法可以獲得平面偏振光。可采用具有選擇吸收的偏振片產(chǎn)生平面偏振光。
方法二
偏振片是用人工方法制成的薄膜,是用特殊方法使選擇性吸收很強(qiáng)的微粒晶體在透明膠層中作有規(guī)則排列而制成的,它允許透過(guò)某一電矢量振動(dòng)方向的光(此方向稱(chēng)為偏振化方向),而吸收與其垂直振動(dòng)的光,即具有二向色性。因此自然光通過(guò)偏振片后,透射光基本上成為平面偏振光。由于偏振片易于制作,所以它是普遍使用的偏振器。
橫波有一個(gè)特性,就是它的振動(dòng)是有極性的。在與傳播方向垂直的平面上,它可以向任一方向振動(dòng)。一般把光波電場(chǎng)振動(dòng)方向作為光振動(dòng)方向。如果一束光線(xiàn)都在同一方向上振動(dòng),就稱(chēng)它們是偏振光,或嚴(yán)格一點(diǎn),稱(chēng)為完全偏振光。一般的自然光在各個(gè)方向振動(dòng)是均勻分布的,是非偏振光。但是,光滑的非金屬表面在一定角度下(稱(chēng)為布儒斯特角,與物質(zhì)的折射率有關(guān))反射形成的眩光是偏振光。偏離了這個(gè)角度,就會(huì)有部分非偏振光混雜在偏振光里。我們稱(chēng)這種光線(xiàn)為部分偏振光。部分偏振光是有程度的。偏離的角度越大,偏振光的成分越少,最終成為非偏振光。
汽車(chē)車(chē)燈
汽車(chē)夜間在公路上行駛與對(duì)面的車(chē)輛相遇時(shí),為了避免雙方車(chē)燈的眩目,司機(jī)都關(guān)閉大燈,只開(kāi)小燈,放慢車(chē)速,以免發(fā)生車(chē)禍。如駕駛室的前窗玻璃和車(chē)燈的玻璃罩都裝有偏振片,而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角,那么,司機(jī)從前窗只能看到自已的車(chē)燈發(fā)出的光,而看不到對(duì)面車(chē)燈的光,這樣,汽車(chē)在夜間行駛時(shí),既不要熄燈,也不要減速,可以保證安全行車(chē)。
立體電影
在拍攝立體電影時(shí),用兩個(gè)攝影機(jī),兩個(gè)攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛,它們同時(shí)分別拍下同一物體的兩個(gè)畫(huà)像,放映時(shí)把兩個(gè)畫(huà)像同時(shí)映在銀幕上。如果設(shè)法使觀(guān)眾的一只眼睛只能看到其中一個(gè)畫(huà)面,就可以使觀(guān)眾得到立體感。為此,在放映時(shí),兩個(gè)放像機(jī)每個(gè)放像機(jī)鏡頭上放一個(gè)偏振片,兩個(gè)偏振片的偏振化方向相互垂直,觀(guān)眾戴上用偏振片做成的眼鏡,左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機(jī)上的偏振化方向相同,右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機(jī)上的偏振化方向相同,這樣,銀幕上的兩個(gè)畫(huà)面分別通過(guò)兩只眼睛觀(guān)察,在人的腦海中就形成立體化的影像了。
攝像機(jī)鏡頭
自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí),反射光和折射光都是偏振光,而且入射角變化時(shí),偏振的程度也有變化。在拍攝表面光滑的物體,如玻璃器皿、水面、陳列櫥柜、油漆表面、塑料表面等,常常會(huì)出現(xiàn)耀斑或反光,這是由于反射光波的干擾而引起的。如果在拍攝時(shí)加用偏振鏡,并適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)偏振鏡片,讓它的透振方向與反射光的透振方向垂直,就可以減弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。
測(cè)量相關(guān)物理量
偏振光通過(guò)一些介質(zhì)后,其振動(dòng)方向相對(duì)原來(lái)的振動(dòng)方向會(huì)發(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)的這個(gè)角度叫旋光度,旋光度與介質(zhì)的濃度、長(zhǎng)度、折射率等因素有關(guān)。測(cè)量旋光度的大小,就可以知道介質(zhì)相關(guān)物理量的變化 。
生物生理機(jī)能
人的眼睛對(duì)光的偏振狀態(tài)是不能分辨的,但某些昆蟲(chóng)的眼睛對(duì)偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支單眼、兩支復(fù)眼,每個(gè)復(fù)眼包含有6300個(gè)小眼,這些小眼能根據(jù)太陽(yáng)的偏光確定太陽(yáng)的方位,然后以太陽(yáng)為定向標(biāo)來(lái)判斷方向,所以蜜蜂可以準(zhǔn)確無(wú)誤地把它的同類(lèi)引到它所找到的花叢。
再如在沙漠中,如果不帶羅盤(pán),人是會(huì)迷路的,但是沙漠中有一種螞蟻,它能利用天空中的紫外偏光導(dǎo)航,因而不會(huì)迷路。
LCD液晶屏
LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直(相交成90度)。也就是說(shuō),若一個(gè)平面上的分子南北向排列,則另一平面上的分子?xùn)|西向排列,而位于兩個(gè)平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線(xiàn)順著分子的排列方向傳播,所以光線(xiàn)經(jīng)過(guò)液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn)90度。但當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí),分子便會(huì)重新垂直排列,使光線(xiàn)能直射出去,而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。