收稿日期:2006-11-16
基金项目:国家自然科学基金资助项目(60177002,60477005);教育部高校博士点基金(20020422047)资助项目;国家精品课程( 光学 )建设资助项目(2006)
作者简介:蔡履中(1945!),男,河南封丘人,山东大学光学工程系教授,博士生导师,主要从事信息光学研究与教学工作.
教学研究
偏振光的杨氏干涉
蔡履中
(山东大学光学工程系,济南 250100)
摘要:在基础光学框架内,通过杨氏双孔干涉实验中线偏振光的干涉及线偏振光经过两任意厚度晶片的干涉等几个实例,说明了基于矢量波叠加概念的电磁干涉的基本思想、基本分析方法和基本现象.偏振光干涉时,观测平面上可以出现或不出现光强的周期性空间调制,但一般都产生光场偏振态的周期调制.它表明了光的矢量性对干涉的重要影响,并可揭示只分析强度条纹时被掩盖的一些物理效应.
关键词:杨氏实验;电磁干涉;矢量波叠加;偏振光;衬比度
中图分类号:O 436.1;O 436.3 文献标识码:A 文章编号:1000 0712(2007)06 0001 04
杨氏双孔干涉是光学中的经典实验.它不但在光学计量中有着广泛应用,而且是建立和发展光的相干理论的重要基础[1-4]
.一般光学教材对杨氏实验的讨论均基于标量波理论,是以强度变化条纹作为干涉产生的表征,并以其衬比度作为相干性的度量.但是,众所周知,电磁场是矢量场,电磁波的矢量性在其叠加过程中必然发挥着重要作用.近年来,E.Wolf 等研究者从矢量波叠加的角度对杨氏干涉进行了更为深入的分析和探讨,得到了一系列很有意义的结论[5-8]
.为与传统干涉内容相区别,此类文献中常把考虑了电磁场的矢量性的干涉称为电磁干涉(electrom agnetic interference ).这些分析中用到了谱密度(spectral density )、广义(两点)Stokes 参量等概念,已超出了大学物理范畴.不过,我们完全可以在基础光学的框架内对矢量波干涉的基本思想及现象给出简单明晰的解释.本文将通过几个实例说明此类问题的基本分析方法及物理诠释,它将表明矢量波干涉的特点,揭示只分析强度条纹时被掩盖的一些物理现象.这对拓展学习者的思路和视野,培养其思维及创新能力是极为有益的.
1 两线偏振光的干涉
作为一个最简单的例子,考察如图1所示的双孔干涉.图1(a)中S 为单色自然光点源,S 1、S 2为双孔,在S 、S 1S 2后分别放置偏振片P 、P 1、P 2,其中P 的
透振方向与P 1、P 2的透振方向均成 角,如图1(b)所示.设双孔等大,在傍轴条件下,可认为通过每孔的光波单独在观测屏 上某点Q 产生的光强是相同的,并可设其为单位强度.在图1坐标系中,孔S 1、S 2在Q 点产生的光场可分别表示为
图1
E 1=cos sin
ex p i kr 1, E 2=
cos -sin
exp i kr 2
(1)
式中r 1和r 2分别是S 1和S 2到Q 点的距离,k =2 /!,!为光波波长.Q 点合光场为E =E 1+E 2=2exp i
!
r 1+r
2cos c os !r 1-r 2
isin sin !
r 1-r
2
(2)
第26卷第6期大 学 物 理Vol.26N o.62007年6月COL L EGE PHYSICS June 2007
而Q 点光强可表示为
I =
E 2=21+cos 2 cos
2 !
r 1-r
2(3)
由式(3)可知干涉条纹的衬比度
V =
cos 2 (4)
式(4)的合理性是显而易见的,因为这时两线偏振光
振动方向的夹角是2 .
实际上,除强度变化外,上述分析还能为我们提供关于观察屏上合成光场的更多信息,例如屏上不同点光场偏振态的变化.由式(2)可以看出,合成光场的y 分量与x 分量的比值有一?i 因子,说明其相位相差?
2
,故合成光场一般是xy 坐标系中的正椭圆偏振光,其两半轴之比同时取决于角度 及所考察Q 点两光束的光程差?=r 1-r 2.
为更具体地考察这一现象,不妨设 =30#,即P 1、P 2两偏振片的透振方向成60#角,这时有V =0.5.除强度调制外,两矢量波的叠加还对屏 上光场的偏振态进行了周期性空间调制.此时合成光场
两正交分量的振幅比为
#=E y 0E x 0=13
tan
!r 1-r 2
(5)
而y 振动相对于x
振动的相位差为
?=%y -%x =
2sign tan !
r 1-r
2(6)
式中sign 为符号函数.如果采用k ?r -&t 形式的相位规定
[4]
,在不同光程差?=r 1-r 2处光场的偏
振态,如图2所示,?从0开始每步增加!/8,并另加了!/3和2!/3两个特殊值.从(a)到(j )偏振态依次取水平线偏振光、x 轴为长轴的左旋正椭圆偏振光、左旋圆偏振光、y 轴为长轴的左旋正椭圆偏振光、竖直线偏振光、y 轴为长轴的右旋正椭圆偏振光、右旋圆偏振光、x 轴为长轴的右旋正椭圆偏振光等.?=!时的偏振态与?=0时相同,此后?继续增加时重复以前的变化,?每改变!偏振态复原.因此,偏振态变化的空间周期与通常杨氏强度条纹的周期相同.另外,注意图2中各偏振态的强度是不同的.从(a)到(f)光强逐渐减小,而从(f )到(j )光强逐渐增大.
不难看出,若
=45#,即P 1、P 2两偏振片的透振方向正交,则V =0.此时屏 上光强一片均匀,但各处偏振态仍经历类似的周期性空间调制.此结果从正交线偏振光合成的角度是容易理解的.
图2
2 线偏振光通过两正交晶片的干涉
将图1(a)中偏振片P 1、P 2换成两块材料及厚度均相同的单轴晶体晶片C 1、C 2,如图3(a)所示.C 1、C 2的光轴e 1和e 2分别沿x 和y 方向
,偏振片P 的透振方向与C 1的光轴成 角,如图3(b)所示.仍利用傍轴条件,并设通过每个孔的光单独在屏 上产生的光强为单位强度,则过双孔的光束在Q 点产生的光场分别为
图3
E 1=
cos ex p i k r 1+n e -1h sin exp i k r 1+n o -1h
(7)
E 2=
cos ex p i k r 2+
n o -1h
sin exp i k r 2+n e -1h
(8)
式中n e 、n o 分别是晶体的两个主折射率,h 为晶片厚度.Q 点的合光场为E =E 1+E 2=2ex p
i
!r 1
+r 2+n e +n o -2h ? cos cos !
r 1-r 2+n e -n o
h
sin cos !
r 1-r 2+
n o -n e h
(9)
观察面 上的强度分布为
2
大 学 物 理 第26卷
I =E 2=2+2c
os
2 !
r 1-r
2?
cos 2 !
n e -n o h -2cos 2
sin 2 !
r 1-r
2?
sin 2 !
n e -n o h
(10)
利用两角之和的三角函数公式,上式可化为
I =21+V cos
2 !
r 1-r
2+%(11)
其中
V =c os 4 +sin 4 +2cos 2 sin 2 c os
4
!
n e -n o h 1
2
(12)
%=arctan cos 2 tan
2 !
n e -n
o h (13)显然,V 即干涉强度图样的衬比度,而%则是强度条纹在观察平面原点(r 1=r 2)处的相位.
由式(12)可以看出,对给定!,强度图样衬比度V 与入射线偏振光的方位角 和晶体中e 、o 光的光程差n e -n o h 有关.图4画出了在 从0到2 、n e -n o h 的绝对值从0到!这一区间函数V =V ( ,|
n e -n o h |)的三维图像.从中可以看出:
1)当 和n e -n o h 任意取值时,V 可以取0和1之间的任何值;
2)V 是 的周期函数,周期为 /2;
3)V 是n e -n o h 的周期函数,周期为!/2;
4)当
=0, /2, ,3 /2,%时,不论n e -n o h 为何值,恒有V =1.因为在这些情况下,入射光的振动方向与C 1、C 2的二主轴之一一致,
图4
故透过C 1和C 2的光仍是沿P 透振方向的线偏振光,
二者方向相同. 5)当
n e -n o h 的等效值为0!或!/2,即
C 1和C 2为全波片或半波片时,不论 为何值,恒有V =1.因为全波片不改变光的偏振态,光通过C 1和C 2后仍是原方向的线偏振光.对半波片,入射线偏
振光通过后仍为线偏振光,只是其振动方向转到了关于光轴的对称方位.由于C 1、C 2光轴方向正交,不
难看出,通过C 1和C 2后的线偏振光的振动方向仍在同一直线上.故在以上两种情况下均有V =1. 6)当
=14
2m +1
n e -n o h =14
2n +1!
m ,n =1,2,3,%
(14)
即 =?45#,C 1和C 2为!/4片时,V =0.
在最后一种情况下,观察屏 上光强均匀,无干涉条纹.但这并不意味着 平面上光场是处处相同的.为简化运算并更直观地看出此时矢量波叠加的物理图像,我们考察 =45#,C 1、C 2均为最小厚度的负晶!/4片的特例.此时n o -n e h =!
/4,式(9)化为
E =2c
cos
!r 1-r 2-!
4
cos !r 1-r 2+
!
4
(15)
式中c 为一绝对值为1的复指数,它对光的偏振态没有影响.由于式(15)括号中E 的x 、y 分量均为实数,故E 为线偏振光,其振动方向与x 轴正向的夹角?由下式决定:
tan ?=cos !r 1-r 2+!
4
cos !r 1-r 2-!4
(16)
由式(16),可求得屏 上不同光程差?=r 1-r 2处线偏振光的方位角.图5中自左向右画出了以?=0为起点,?逐次增加!/8时光场振动方向的变化,每后一图的?角比前一图减小22.5#,当?改变!时振动方向复原.所有这些线偏振光的振幅或强度都是相同的.
图5的结果可由偏振光的叠加予以说明.当C 1、C 2为光轴正交的一对!/4片而 =45#时,易知通过C 1、C 2的光分别为左右旋圆偏振光,而左右旋圆偏振光是一对正交偏振态,其相应Jones 矢量满足E L ?E R =0,故当两光束行进方向相同(傍轴条件
第6期 蔡履中:偏振光的杨氏干涉
3
图5
下)时二者叠加形成的强度场衬比度为0,这与我们对圆偏振光干涉的分析结论一致[9].另一方面,一对左右旋圆偏振光可以合成一束线偏振光,其方位角取决于在考察点Q 左右旋圆偏振光的相位差,而此相位差又取决于Q 点两光束的光程差?,故观察屏 上的光场是振幅相同、振动方向逐点连续变化的线偏振光,其方向变化的空间周期与通常杨氏条纹的周期相同.
3 结语
虽然我们仅讨论了偏振光杨氏双孔干涉的几种具体配置,但从中可以看出处理此类问题的一般思路和方法,以及此类干涉现象的一般特点.首先,电磁波本质上是矢量波,在考虑其偏振效应时应利用矢量叠加.其次,在全面分析偏振光杨氏干涉的效果时,不仅要考察光场强度的空间调制,还要考察光场偏振态的空间调制.一般地,这两种调制可以同时存在,也可以只出现后者.在后一情况下,观察屏上没有任何可见的干涉效应,但是利用一个简单的装置例如偏振片即可将其转化为可见的强度条纹.这些问题的分析可以加深学习者对光波的矢量性的认识,提高其对光学各部分知识的综合运用能力,并
鼓励其向研究型学习的转变.例如,我们可以分析观察屏上光场的Stokes 参量,并进而引入偏振衬比度(contrasts of polarization )的概念,从而与现代研
究沟通起来[7,8].
参考文献:
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[9] 蔡履中.两圆偏振光以及线偏振光和圆偏振光干涉图
样的衬比度J .大学物理,2004,23(1):16 18.
Young &s interference experiment of polarized light
CAI L zhong
(Department of Optics,Shandong U niversity ,Jinan 250100,China)
Abstract:T he basic analytic method and phenomena of electromagnetic interference is explained throug h the discussions of Young &s ex periment of polarized lig ht within the fram ework of fundamental optics based on the superposition of vectorial w aves,including the interference of tw o linearly polarized beams and the case of one linear beam passing through a pair of w ave plates of arbitrary thickness.It shows that g enerally the spatial mod ulation of polarization w ill occur at the observation plane w ith or w ithout intensity modulation.These analyses indicate the important role of vectorial properties of light w aves in interference and may uncover some physical effects of interference hidden w hen only the intensity fringes are concerned.
Key words:Young &s ex periment;electromagnetic interference;superposition of vectorial waves;polariza tion;contrast
4
大 学 物 理 第26卷
北京师范大学物理实验教学中心基础物理实验预习思考题 【实验题目】偏振光的产生与检测 1.光的偏振现象揭示了光波的什么性质？列举几个偏振光的应用？ 答：光的偏振揭示了光的波动性。 应用：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，在拍摄时加用偏振镜，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。2. 使用偏振镜看立体电影。3. 汽车使用偏振片防止夜晚对面车灯晃眼。4、生物的生理机能与偏振光。沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。： 2.光有几种宏观偏振态？自然界中的光都是“自然光”吗？ 答:光的宏观偏振态主要有五种，线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光，而线偏振光和圆偏振光又可认为是椭圆偏振光的特例。自然界中的光不都是“自然光”。在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。自然光源一般情况下认为是非偏振光，自然光源一般情况下认为是非偏振光，但是经过水面反射和折射过后没，就能产生偏振光。 3.列举几种由自然光产生线偏振光的方法。 1、在透明媒质界面上的折射和反射。让自然光以偏化角入射在二种不同透明媒质的界 面时，可得完全偏振的反射光与部分偏振的透射光。 2、通过双折射晶体，如尼科耳棱镜 3、通过双色性（又名二向色性）晶体，如偏振片。 4.写出偏振光马吕斯定律的光强公式。 答：强度为Io的线偏振光，透过检偏片后，透射光的强度(不考虑吸收)为I=Io(cosa)^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。 5.如何由实验判断两偏振片达到正交？ 用光垂直照射一个偏振片并固定，把另一个放在后面，转动后一个偏振片观察没有光透过时两偏振片就正交了。此时看到的透射光最暗，再继续旋转检偏振片，则逐渐变亮，说明该方向达到正交。 成绩（满分20 分）：
实验3.8 偏振光的观测与研究 偏振光的理论意义和价值是，证明了光是横波。同时，偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。如偏振现象应用在摄影技术中可大大减小反射光的影响，利用电光效应制作电光开关等。 【实验目的】 1．通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。 2．掌握偏振光的产生和检验方法。 3．观察布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。 【实验仪器】 光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、带小孔光屏、钠光灯。 【实验原理】 按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。在大多数情况下，电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，因此常以电矢量作为光波的振动矢量。其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏
振现象是横波的特征。 根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某 一确定方向的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光； 如果电矢量随时间作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏 振光（或圆偏振光）；若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变 化，各方向的取向率相同，称为自然光，如图3-26所示；若电矢 量在某一确定的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系， 则称为偏振光。 1．获得偏振光的方法 （1）非金属镜面的反射，当自然光从空气照射在折射率为n 的非金属镜面（如玻璃、水等）上，反射光与折射光都将成为部 分偏振光。当入射角增大到某一特定值φ0时，镜面反射光成为完 全偏振光，其振动面垂直于射面，这时入射角φ称为布儒斯特角， 也称起偏振角，由布儒斯特定律得： 0tan n φ= （3-51） 其中，n 为折射率。 （2）多层玻璃片的折射，当自然光以布儒斯特角入射到叠在 一起的多层平行玻璃片上时，经过多次反射后透过的光就近似于 线偏振光，其振动在入射面。 图3-26 自然光
光偏振及其应用 班级：116041A 姓名：孙思颖 摘要： 本文先全面地介绍了偏振光的定义和分类，其中包括线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光，然后阐释了偏振光的产生方法，给出马吕斯定律，详细地介绍了波光片的结构，以及怎样形成偏振光。 然后，通过四个实验（分别为求得系统偏振率，验证马吕斯定理，测量晶体旋光度，观察椭圆偏振光和圆偏振光）的分析，得到相应的结论，并同时进行了相应的误差分析。 最后，在所做实验基础上进行思考与拓展，并给出创新见解及方法。 Abstract: This paper first introduced the definition and classification of polarized light, including linear polarized light, elliptically and circularly polarized light, and then explains the method to produce polarized light, Ma Lu's law, introduces in detail the structure light sheet, and how the formation of polarized light. Then, through four experiments (respectively to obtain polarization rate, verify the Marius theorem, measurement of crystal rotation, observe the elliptically and circularly polarized light) analysis, obtains the corresponding conclusion, and also analyzes the error. Finally, in the experimental basis of thinking and development, and gives the ideas and methods. 关键词：光波（light wave）、偏振光（Polarizaed Light）、光矢量（The light vector）、自然光（Natural light）、部分偏振光（Partially polarized light）、线偏振光（Linearly polarized light）、椭圆偏振光（Elliptically polarized light）、圆偏振光（Circularly polarized light）、偏振角（Angle of polarization）、寻常光（ordinary light）、非寻常光（extraordinary light）、起偏器(Polarizer)、旋光性（optical activity）。 【理论分析】 1偏振光的基本定义 光波（Figure 1）是电磁波，是 一种横波，垂直于传播方向的振动矢 量有电矢量和磁矢量。由于在光和物 质的相互作用过程中主要是光波中 的电矢量起作用，所以在研究时，通 常以电矢量Ｅ作为光波中振动矢量 的代表，叫光矢量。 Figure 1光波示意图 偏振（polarization）指的是波
偏振光的研究实验报告 篇一：偏振光的观测与研究~~实验报告 偏振光的观测与研究 光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其E和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。 【实验目的】 1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。 2．了解偏振光的产生和检验方法。 3．观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4．观测椭圆偏振光和圆偏振光。 【实验仪器】 光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图1 实验仪器实物图 【实验原理】 1．偏振光的基本概念 按照光的电磁理论，光波就是电磁波，它的电矢量E和
磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，通常用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光振动面。在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光，如图2（a）。光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动和辐射的随机性，大量原 － 子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。一般说，在106s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图2（b）所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，这就是如图2（c）所示的所谓部分偏振光。还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光），如图2（c）所示。 图2 光波按偏振的分类 2．获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。 通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特定值时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入
实验偏振光的观测与研究 偏振光的理论意义和价值是，证明了光是横波。同时，偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。如偏振现象应用在摄影技术中可大大减小反射光的影响，利用电光效应制作电光开关等。 【实验目的】 1．通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。 2．掌握偏振光的产生和检验方法。 3．观察布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。 【实验仪器】 光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、带小孔光屏、钠光灯。 【实验原理】 按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。在大多数情况下，电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，因此常以电矢量作为光波的振动矢量。其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏
振现象是横波的特征。 根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某 一确定方向的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光； 如果电矢量随时间作有规律的变化，其末端在垂直 于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏 振光（或圆偏振光）；若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变 化，各方向的取向率相同，称为自然光，如图3-26所示；若电矢 量在某一确定的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系， 则称为偏振光。 1．获得偏振光的方法 （1）非金属镜面的反射，当自然光从空气照射在折射率为n 的非金属镜面（如玻璃、水等）上，反射光与折射光都将成为部 分偏振光。当入射角增大到某一特定值φ0时，镜面反射光成为完 全偏振光，其振动面垂直于射面，这时入射角φ称为布儒斯特角， 也称起偏振角，由布儒斯特定律得： 0tan n φ= （3-51） 其中，n 为折射率。 （2）多层玻璃片的折射，当自然光以布儒斯特角入射到叠在 一起的多层平行玻璃片上时，经过多次反射后透过的光就近似于 线偏振光，其振动在入射面内。 图3-26 自然光
偏振光的应用 ————XXX 摘要： 名称与定义 横波 纵波 偏振原理 自然光 偏振光应用： 1、汽车车灯； 2、观看立体电影； 3、生物的生理机能与偏振光； 4、LCD液晶屏； 偏振光红外偏振光在医疗范围的应用： 5、红外偏振光治疗的特点： 产生 特性 定义：光波的光矢量的方向不变，只是其大小随相位变化的光。 偏振光，光学名词。光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。 横波 光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。 纵波 声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。
偏振原理： 通常光源发出的光，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。这种光叫做自然光。光的偏振性是光的横波性的最直接，最有力的证据，光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，P1、P2是两块同样的偏振片。通过一片偏振片p1直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振片的光虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。如果我们把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着P2转动而出现周期性的变化，而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大。由此可知，通过P1的透射光与原来的入射光性质是有所不同的，这说明经P1的透射光的振动对传播方向不具有对称性。自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。这是由于偏振片中存在着某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时吸收垂直于该方向振动的光。通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一个偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。必须依靠第二片偏振片P2去检 偏振光原理 查。旋转P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2的后面有较亮的光。当P2的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时，偏振光不能通过，在P2后面也变暗。第二个偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器”。光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。 自然光 光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看 偏振光 作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。 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
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
第4课时光的干涉衍射和偏振 导学目标 1.掌握光的干涉现象产生的条件，特别是双缝干涉中出现明暗条纹的条件及判断方法.2.掌握光产生明显衍射的条件，以及衍射与干涉现象的区别.3.掌握光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用． 一、光的干涉 [基础导引] 1．在双缝干涉实验中，光屏上某点P到双缝S1、S2的路程差为7.5×10－7m，如果用频率 6.0×1014 Hz的黄光照射双缝，试通过计算分析P点出现的是亮条纹还是暗条纹．2．描绘地势高低可以用等高线，描绘静电场可以用等势线，薄膜干涉条纹实际上是等厚线，同一干涉条纹上各个地方薄膜的厚度是相等的．利用光的干涉检查平整度时，观察到了干涉条纹的形状，就等于知道了等厚线的走向，因而不难判断被检测平面的凹下或凸出的位置．为什么薄膜干涉条纹是等厚线？ [知识梳理] 1．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后形成两束振动情况总是________的相干光波．屏上某点到双缝的路程差是________________时出现亮条纹；路程差是半波长的________时出现暗条纹．相邻的明条纹(或暗条纹)之间的距离Δx与波长λ、双缝间距d及屏到双缝的距离l之间的关系为____________． 2．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)____________反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度________． 特别提醒 1.只有相干光才能形成稳定的干涉图样． 2．单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹． 二、光的衍射 [基础导引] 太阳光照着一块遮光板，遮光板上有一个较大的三角形孔．太阳光透过这个孔，在光屏上形成一个三角形光斑．请说明：遮光板上三角形孔的尺寸不断减小时，光屏上的图形将怎样变化？说出其中的道理． [知识梳理] 1．光________________________________的现象叫光的衍射． 2．发生明显衍射的条件：只有在障碍物的尺寸比光的波长小或者跟波长相差不多的条件下，才能发生明显的衍射现象． 3．泊松亮斑：当光照到不透光的小圆板上时，在圆板的阴影中心出现的亮斑(在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环)． 特别提醒 1.光的干涉、衍射和光的色散都可出现彩色条纹，但光学本质不同． 2．区分干涉和衍射，关键是理解其本质，实际应用中可从条纹宽度、条纹间距、亮度等方面加以区分． 三、光的偏振 [基础导引]
偏振光干涉中o 光和e 光的相位 以课件上的问题为例： 设单色平面光波沿z 方向传播，即k //z ： 1. 在偏振片P 1之后，晶片C 之前的光场是： )2cos(11z t e A E P λ πω?=r r 现在事先把它分解为o 光和e 光： )2cos( )()2cos()(11e e 1o o 1z t e e e A z t e e e A E P P λ πωλπω??+??=r r r r r r r （1） 这里1P e r 是沿偏振片P 1的偏振方向的单位矢量，o e r 和e e r 是o 光和e 光偏振方向的单位矢量，。上图表示出了所有的单位矢量，它们都在x －y 平面内。原则上讲，这些单位矢量的方向是可任意规定的，影响的只是它们之间点积的正负，但为了保证现在的o 光和e 光没有相位差，即cos 函数内不出现π（如果o e r 沿图中的反方向定义， 就会引起这个π），则o e r 、e e r 与1P e r 应保持上图所示关系。在上图的规定中，αcos )(1e =?P e e r r ，αsin )(1o =?P e e r r 。 2. 在晶片C 之后，偏振片P 2之前的光场是： )2cos()()2cos()(11e e 1o o 1z t e e e A z t e e e A E P P λ πωδλπω??++??=r r r r r r r （2） 与（1）式不同的是，（2）式中的o 光和e 光有了相位差δ，这是由晶片引起的。这时一般 y z k x
合成为椭圆偏振光。 3. 在偏振片P 2之后的光场是（对o 光和e 光，只有沿P 2方向的分量可通过）： ) 2cos())(()2cos())((212212e e 1o o 1z t e e e e e A z t e e e e e A E P P P P P P λπωδλπω???++???=r r r r r r r r r r r 这时的情况是：振动都沿同方向－2P e r 方向的、相差恒定的两个波叠加，故可产生干涉。 具体分析相位，除了由晶片引起的δ，还存在可能由光矢量分解引起的π，表现在)(2o P e e r r ?和)(2e P e e r r ?差负号。在上面的情形中，的确引入了π的相位差。
实验1. 验证马吕斯定律 实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振 光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸 收o 光，通过e 光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫 做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。 偏振片可作为起偏器。自然光通过偏振片后，变为振动面平行 于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。如图1、图2所示： 图1中靠近光源的偏振片1P 为起偏器，设经过1P 后线偏振光 振幅为0A （图2所示），光强为I 0。2P 与1P 夹角为θ,因此经2P 后 的线偏振光振幅为θcos 0A A =，光强为θθ20220cos cos I A I ==, 此式为马吕斯定律。 实验数据及图形： P 1 P 2 线偏光 单色自然光 线偏光 图1 P 1 P 2 A 0 A 0cos θ θ 图2
从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。 实验2.半波片，1/4波片作用 实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振 动面）分解为寻常光（o 光）和非常光（e 光）。它们具有相同的 振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投 影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。 分振动面的干涉装置如图3所示，M 和N 是两个偏振片，C 是 波片，单色自然光通过M 变成线偏振光，线偏振光在波片C 中分 解为o 光和e 光，最后投影在N 上，形成干涉。 考虑特殊情况，当M ⊥N 时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：)cos 1)(2(sin 420δθ-= ⊥I I ；当M ∥N 时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射光强为：M N 图3 分振动面干涉装置 I 0 波片 偏振片 偏振片 单色自然光
特殊偏振光产生原理 简介：方位角偏振光（Azimuthally Polarized Light）和径向偏振光（Radially Polarized Light）是一种非均匀偏振光。方位角偏振光的电场振动方向在光束横截面上具有轴对称性，始终沿着方位角方向；径向偏振光的电场振动方向在光束横截面上具有轴对称性，始终沿着径向方向。它们统称为柱矢量偏振光。在理论上，柱矢量偏振光通常由激光器两列正交的线偏振TEM01和TEM10模按照一定的方式叠加而成。这就需要进行选模，使激光器谐振器输出TEM01或者TEM10模，同时抑制基模和其它高阶模。在这里，介绍了一种新颖的柱矢量偏振光产生机理。 特殊偏振光功能：可以实现任意柱对称偏振的矢量光束，包括柱矢量偏振光。 工作原理：圆偏振入射光束沿对称光轴O1O2射向第一外反射式圆锥面反射镜1；被第一外反射式圆锥面反射镜反射后，由于第一外反射式圆锥面反射镜反射锥面与对称光轴O1O2成45度夹角，光束转化为径向传播光束；径向传播光束经过圆柱筒形曲面偏振器2后光束偏振态发生改变，而后经过第一内反射式锥面反射镜3反射形成矢量光束，由于第一外反射式圆锥面反射镜的反射锥面和第一内反射式圆锥面反射镜的反射锥面平行，矢量光束与对称光轴O1O2平行，沿着对称光轴O1O2传播依次经过入射二分之一波片4、出射二分之一波片5；调节入射二分之一波片和出射二分之一波片的波片光轴夹角，可以调节矢量圆环形光束偏振态；出射二分之一波片出射的矢量光束经过第二内反射式圆锥面反射镜6转化为径向向内传播的光束，再经过第二外反射式圆锥面反射镜7反射，形成对称光轴O1O2方向传播的矢量光束。
以下材料都是通过google搜索得到的相关知识，如果大家没有时间就看看以下的内容就可以了，大致了解偏振光在生活中有哪些有趣的应用，如果有时间有兴趣的话可以自己检索相关内容。 一.立体电影 你看过立体电影吗？你知道它的道理吗？它就是应用光的偏振现象的一个例子：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．这样，从银幕上看到的景象才有立体感．如果不戴这副眼镜看，银幕上的图像就模糊不清了．这是为什么呢？ 这要从人眼看物体说起．人的两只眼睛同时观察物体，不但能扩大视野，而且能判断物体的远近，产生立体感．这是由于人的两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成的像并不完全相同，左眼看到物体的左侧面较多，右眼看到物体的右侧面较多，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近，从而产生立体视觉． 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，通过两台放映机，把用两台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，要在每架电影机前装一块偏振片，它的作用相当于起偏器．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透振方向互相垂直，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像，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物体那样产生立体感觉．这就是立体电影的原理．当然，实际放映立体电影是用一个镜头，两套图像交替地印在同一电影胶片上，还需要一套复杂的装置．这里就不涉及了． 二.摄像摄影 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。 下图1这张照片拍摄时没有加偏振滤镜，玻璃面上的反射光现象很明显。此照片拍摄时相机指向与玻璃大约成45度角。图2的照片是加上偏振滤镜后拍摄的。相机指向与玻璃仍然是45度角左右。可以看出，虽然偏振滤镜消去了大部分的反射光，但是仍然有一部分反射光存在。这是因为在45度角离布儒斯特角甚远，玻璃面上的反射光是部分偏振光，偏振滤镜无法把这样的反射光全部
浅谈偏振光的产生及其应用 偏振光是光波的一种，而光具有波粒二象性，是一种电磁波，电磁波是一种横波。光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。由于光的这种特性的发现与人类技术的发展，使得偏振光开始广泛应用于生产生活的各个方面。 标签：偏振光原理应用 前言 光是一种生活中常见的物理现象，由于现今科学技术的发展，光学理论的不断完善，我们发现光是一种具有波粒二象性的物理现象。从电磁波角度分析，光是横波，它的振动方向与传播方向相互垂直。光矢量在垂直于波线的平面做二维振动，这种振动方式被称作光波的偏振态。随着偏振光技术的发展，它在人们的生产生活中被广泛应用。本文通过对偏振光产生的原理进行分析，介绍现今社会较为常见的偏振光的应用。 一、偏振光的原理及其定义 光由光源发出，不需要任何传播介质就可以向各个方向传播，它可以用来传递能量、信息等。由于光是一种特殊的电磁波，它具有电磁波所拥有的各种属性，偏振性就是其中之一。偏振（polarization）指的是波动能够朝着不同方向振荡的性质。电磁波、引力波都会展示出偏振现象。 从光源不同的角度分类，光可以分为自然光和偏振光。自然光：光振动的振幅方向在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性，简而言之就是光矢量存在不同的方向，但均是垂直于光的传播方向的，具有这种特性的光就被称作自然光[1]，如图1所示； 偏振光：如果光波的光矢量的方向始终不变，只沿一个固定的方向振动时，这种光称为线偏振光或完全偏振光。因线偏振光中沿传播方向各处的光矢量都在同一个振动面内，故线偏振光也称平面偏振光，简称偏振光，如图2所示。 二、偏振光的分类 偏振光从总体上可分为完全偏振光和部分偏振光。完全偏振光：1.线偏振光。光矢量端点的轨迹为直线，即光矢量只沿着一个确定的方向振动，其大小随相位变化、方向不变，称为线偏振光[2]。2.椭圆偏振光。光矢量端点的轨迹为一椭圆，即光矢量不断旋转，其大小、方向随时间有规律的变化。3.圆偏振光。光矢量端点的轨迹为一圆，即光矢量不断旋转，其大小不变，但方向随时间有规律地变化。部分偏振光：在垂直于光传播方向的平面上，含有各种振动方向的光矢量，但光振动在某一方向更显著，不难看出，部分偏振光是自然光和完全偏振光的叠加。
偏振光干涉实验报告 偏振光实验报告 实验1. 验证马吕斯定律 实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸收o光，通过e光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。偏振片可作为起偏器。自然光通过偏振片后，变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。如图 P1、图2所示： P1 P2 图1 图2 θ A 0 图1中靠近光源的偏振片P1为起偏器，设经过P1后线偏振光振幅为A0（图2所示），光强为I0。P2与P1夹角为?,因此经P2后的线偏振光振幅为A?A0cos?， 2光强为I?A0cos2??I0cos2?,此式为马吕斯定律。 实验数据及图形：
从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。 实验2.半波片，1/4波片作用 实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振动面）分解为寻常光（o光）和非常光（e光）。它们具有相同的振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。 分振动面的干涉装置如图3所示，M和N是两个偏振片，C是波片，单色自然光通过M变成线偏振光，线偏振光在波片C中分解为o光和e光，最后投影在N上，形成干涉。 偏振片波片偏振片 图3 分振动面干涉装置 考虑特殊情况，当M⊥N时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：I0(sin22?)(1?cos?)；当M∥N时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射4
I0(1?2sin2?cos2??2sin2?cos2?cos?)。其中θ为波片光轴与M2I??光强为：I//? 透振方向的夹角，δ为o光和e光的总相位差（同波晶片的厚度成正比）。改变θ、δ中的任何一个都可以改变屏幕上的光强。 当δ=（2k+1）π（1/2波片）时，cosδ=-1，I?? 强最大，I//?02sin22?，出射光I0(1?sin2?)2，出射光强最小；当δ=[（2k+1）π]/2（1/4 波片）时，cosδ=0，I??I0I(sin22?),I//?0(2?sin22?)。 44 特别地，利用1/4波片我们还可以得到圆偏振光和椭圆偏振光。当θ=45度时，得到圆偏振光，此时让偏振片N旋转一周，屏幕上光强不变。一般情况下，得到的是椭圆偏振光，让偏振片N旋转一周，屏幕上的光斑“两明两暗”。 实验结果： 半波片实验数据表：
光的干涉、衍射和偏振 考纲解读 1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件. 2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件. 3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用．
1．[光的干涉现象的理解]一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是() A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 2．[光的衍射现象的理解]对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是() A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射现象 B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 D．光的衍射现象说明了光具有波动性 3．[光的偏振现象的理解]如图1所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光是() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光
考点梳理 1．光的干涉 (1)定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象． (2)相干条件 只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波． 2．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离 为Δx＝l d λ. 3．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同． 4．光的衍射
偏振光技术及其应用 作者：席晨霞 学号：100104303 班级：10级机械三班 摘要：1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。1811 年，布儒斯特在 研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。在1863～1873年间，麦克斯韦在建立了光的电磁学理论，从本质上说明了光的偏振象。光的偏振性使人们对光的传播 ( 反射、折射、吸收和散射 ) 的规律有了新的认识，偏振光在国防、科研和日常生活中有着广泛的应用：海防前线用于观望的偏光望远镜、立体电影中的偏光眼镜、光纤通信系统都与偏振光有关，液晶光开关是根据其偏振特性来完成光交换的技术，偏振镜则是数码影像的基础。随着新概念的飞速发展，偏振光成为研究光学晶体、表面物理的重要手段，偏振光的应用与我们的生活息息相关。 关键词：偏振光、应用和原理、摄影技术、科学技术 Polarized light technology and its applications Name: Xi Chen Xia Student ID: 100104303 Class: 10 machine three shifts Abstract:In 1809, Marius found in the experiments of light polarization. 1811, Brewster in the study of polarization phenomena found in the experience of the phenomenon of lightpolarization laws. In 1863 ~ 1873, the establishment of a Maxwell's electromagnetic theoryof light, essentially shows the polarization of light like. Polarization of the transmitted lightso that people (reflection, refraction, absorption and scattering) a new understanding ofthe law, polarized light in the defense, research and daily life of a wide range ofapplications: coastal line of polarized light for watching telescope, three-dimensionalmovies of polarized glasses, polarized light optical fiber communication systems andrelated liquid crystal optical switch is done according to its polarization properties ofoptical switching technology, polarization microscopy is the basis of digital imaging. Withthe rapid development of new concepts, a study of polarized optical crystal, an important means of surface physics, the application of polarized light with our lives. Keywords : polarization, application and theory, science and technology 引言
偏振的原理及其应用 专业：软件工程 班级：1402班 姓名：王胜飞
目录偏振光的概念 线偏振光的产生 偏振光的应用 1、汽车车灯 2、观看立体电影 3、生物的生理机能与偏振光 4、偏光显微镜 5、在医学方面的应用 6、在智能楼宇中的应用 7、在摄影等方面的应用 8、非金属夹杂物的鉴定
光在我们生活中无处不在，与我们的生活密不可分，是大自然的力量之源。而光中的偏振光更是在生活、科学等各个方面用途甚广，下面列举一下偏振光的应用。 偏振光的概念 光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。 就偏振性而言，光一般可以分为偏振光、自然光和部分偏振光。其中还有圆偏振光、椭圆偏振光、线偏振光等。 线偏振光的产生 1：反射及折射产生线偏振光 2：由二向色性产生线偏振光 3：双折射晶体产生线偏振光 现实中由于上述方法的太过于繁琐、复杂，人们利用偏振光的性质以及产生条件，制造了廉价的偏振片来产生线偏振光。 偏振片是用人工方法制成的薄膜，是用特殊方法使选择性吸收很强的微粒晶体在透明胶层中作有规则排列而制成的，它允许透过某一电矢量振动方向的光（此方向称为偏振化方向），而吸收与其垂直振动的光，即具有二向色性. 因此自然光通过偏振片后，透射光基本上成为平面偏振光。
偏振光的应用 1、汽车车灯 汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。 另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。 2、观看立体电影 在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得到立体感。为此，在放映时，两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片，两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的
§4 偏振光的干涉及其应用 习题4.1：平行于光轴切割一块方解石晶片，放置在主截面成350角的一对尼科耳棱镜之间，晶片的光轴平分此角，求： （1）从方解石晶片射出的O 光和E 光的振幅和光强。 （2）由第二个尼科耳棱镜射出的O 光和E 光的振幅和光强。 设入射自然光的光强为I 0=A 2。 习题4. 1解答： 如图所示： 已知：o 5.17=α （1）从方解石晶片射出的O 光和E 光的振幅和光强。 设由第一个尼科耳棱镜P1射出线偏振光的光强为I 1： 22 1021211A I A I === 得 A A 21 1= 从方解石晶片射出的O 光和E 光的振幅为：
o E o O A A A A A A 5.17cos 2 1cos 5.17sin 21sin 11====αα 从方解石晶片射出的O 光和E 光的强度为： o E E o O O I A I I A I 5.17cos 215.17sin 2 1202202 ==== （2）由第二个尼科耳棱镜射出的O 光和E 光的振幅和光强。 由第二个尼科耳棱镜射出的O 光和E 光的振幅为： o E Ep o O Op A A A A A A 5.17cos 2 1cos 5.17sin 2 1sin 2222====αα 光强为： o Ep o OP I A I I 5.17cos 2 15.17sin 2 1402402== 习题4.2：光强为I 0单色平行光通过正交尼科耳棱镜，中间插入四分之一波片，其主截面与第一个尼科耳轴棱镜的主截面夹角为600，求出射光强度。
习题4. 2解答： 如图： 已知：o o 30,60==βα 设入射自然光的光强为I 0=A 2 由第一个尼科耳棱镜P1射出线偏振光的光强为I 1： 22 1021211A I A I === 得 A A 21 1= 从方解石晶片射出的O 光和E 光的振幅为： o E o O A A A A A A 60cos 2 1cos 60sin 21sin 11====αα 由第二个尼科耳棱镜射出的O 光和E 光的振幅为：
摘要 相比于其他具有传统偏振模式的光束，径向偏振光拥有更为优秀的轴向中心对称性(这种特征在传输过程中保持不变)。人们投向径向偏振光的关注越来越多。径向偏振光在高数值孔径条件下的聚焦特性在纳微级制造、操控中得到很多且正变得越来越多的应用。在这篇论文中，我们首先试图理清径向偏振光的数学理论基础，仔细地阐述径向偏振光的光束特性和紧聚焦特性，并展示一些径向偏振光在紧聚焦条件下的示意图。接着，我们介绍了利用两束偏振正交的线性偏正高斯光束产生径向偏振光的方法；总结了理想的径向偏振光与通过二元衍射光学器件产生的径向偏振光间的吻合度，以及该吻合度与传输距离的关系。作为补充，其他一些产生径向偏振光的方式也被介绍出来。紧接着，一项基于径向偏振光紧聚焦特性，被运用于微粒子操纵的应用技术（我们称之为三维光学链操纵技术）被展示出来。为此，我们设计了一个光学衍射器件来调制径向偏振输入光的位相。在紧聚焦情况下，一个光学链能产生的原因是光束通过光学衍射器上两个同轴区域时产生的位相变化，这样的位相变化使得聚焦场附近的空间中产生明暗交替的光场。最后，我们论述了另外一些将径向偏振特性转化到实际运用中的方法。 关键字：径向偏振轴对称高数值孔径聚焦相干叠加三维光学链
Abstract Compared with other uniformly polarized beams , the radially polarized beam performs perfect spatial axial symmetry and this special character kept when it transmits in free-space .This peculiarity gives rise to unique high-numberical-aperture focusing properties which has found important applications in nanoscale manufacture and manipulation . In this paper , we first overview those introductions we talked above .In the same time ,We also try to explain the mathematical concepts of radially polarized beam ; show some simple images of its focus properties .Then , we present a theoretical investigation of a technique for converting two orthogonally lineary polarized Gaussian beams into a radially polarized beam .We have shown the degree between the real radially polarized beam and the beam we created by a simple binary diffractive optical element ，further more，we show the results about how the transmission-distance influences the degree .By the way , we also talk about some other ways for generating radially polarized beam .After that , an application based on the focus property of radially polarized beam ,which we called optical chain ,used in particle-manipulation is shown . A diffractive optical element is designed to spatially modulate the phase of an incoming radially polarized Beam .For a tightly focused beam a three-dimensional optical chain can be formed because of the difference in the Gouy phase shift from two concentric regions of the diffractive optical element. At last , we present a lot about how those characters of radially polarized beam can be transformed into real applications. Key Words : Radially polarized Axial symmetry High-NA focusing properties Coherent superposition Three-dimensional optical chain