偏振光的产生与基本及创新应用
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偏振光的原理和应用
一、偏振光的基本概念
•偏振光是指在一定方向上的光振动强度大于其他方向的光。
•偏振光可以通过偏振器来产生和分析。
二、偏振光的产生原理
•偏振光的产生可以通过自然界中的现象或人为手段来实现。
•光的偏振可以通过反射、透射、散射等方式来发生。
2.1 反射偏振
•当光从介质A垂直入射到介质B表面时,反射光中的振动方向与入射光相同,即发生了反射偏振。
•反射光的振动方向与入射光的振动方向呈90度夹角。
2.2 透射偏振
•当光从一个介质透射到另一个介质中时,透射光中的振动方向与入射光可能发生改变。
•透射光的振动方向可能与入射光的振动方向不同。
三、偏振光的应用
•偏振光在多个领域中有广泛的应用。
3.1 光学领域
•偏振光可以用于显微镜、望远镜等光学器件。
•偏振光可以区分细胞结构、晶体形态等。
3.2 通信领域
•偏振光可以用于光通信中的光纤传输。
•偏振光可以增加信号的传输距离和传输速率。
3.3 汽车领域
•偏振光可以通过偏振镜减少太阳光的反射和眩光,提高驾驶安全。
•偏振光可以用于车载显示器,提供清晰明亮的图像。
3.4 电子产品领域
•偏振光可以用于液晶显示屏,控制光的透过程度,实现显示效果。
•偏振光还可以用于光电二极管、太阳能电池等光电器件。
四、总结
•偏振光是在一定方向上的光振动强度大于其他方向的光。
•偏振光的产生可以通过反射、透射、散射等方式实现。
•偏振光在光学领域、通信领域、汽车领域、电子产品领域等具有广泛的应用。
光的偏振现象的原理和应用偏振现象的定义和原理光是一种电磁波,它的振动方向可以不受限制地摆动。
然而,当光传播过程中遇到特定的介质或物体时,它的振动方向会受到限制,这就是光的偏振现象。
光的波动形式分为纵波和横波,偏振现象主要发生在横波光中。
光的偏振现象可以通过以下两种方式实现:1.通过透射或反射产生偏振:当光从一个介质透射到另一个介质中时,根据两种介质的不同特性,光的振动方向会发生改变。
例如,当光从水中透射到空气中时,振动方向发生改变,产生偏振。
2.通过介质中的吸收和散射产生偏振:某些介质能够吸收特定方向的光,而将其他方向的光散射出来。
这样,散射出来的光就成为了偏振光。
光的偏振的分类根据光的振动方向和光传播方向之间的关系,光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振三种类型。
1.线偏振:光的振动方向只能在一个平面内,可以是水平方向、垂直方向或者在两者之间的任意方向。
2.圆偏振:光的振动方向随着时间呈现圆形轨迹。
3.椭偏振:光的振动方向随着时间呈现椭圆形轨迹。
光偏振的应用光的偏振现象在许多领域都有重要的应用。
以下是一些常见的应用:1.光学仪器:偏振片、偏振镜等光学元件常用于计量仪器和光学设备中,用于控制和分析光的偏振状态。
2.液晶显示技术:液晶分子具有偏振效应,利用液晶分子的偏振特性可以制造液晶显示器。
3.光通信:光纤传输中,利用光的偏振性质可以增加信息传输的容量,提高信号传输质量。
4.材料测试和表征:通过测试材料的偏振性质,可以了解材料的结构、性能等信息,对于材料的表征和研究具有重要意义。
5.生物医学成像:偏振光成像技术可以用于生物组织成像,通过对光的偏振变化进行分析,可以获取关于生物组织结构和功能的信息。
总结光的偏振现象是光学中的重要概念,它在许多领域都有广泛的应用。
通过透射、反射、吸收和散射等方式,光的振动方向可以受到限制,产生偏振。
根据振动方向和传播方向之间的关系,光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振三种类型。
偏振光的原理与应用1. 偏振光的介绍偏振光是指电磁波在传播过程中,电场矢量只沿着特定方向振动的光波。
通常情况下,光波中的电场矢量在垂直于传播方向的平面内振动,这个平面就是偏振光的偏振面。
偏振光具有独特的光学性质,因此在许多领域中得到广泛的应用。
2. 偏振光的产生偏振光可以通过以下方式产生:•自然光偏振:自然光通过反射、折射、散射等过程产生偏振光。
其中,反射产生的偏振光是部分偏振光,而折射和散射产生的偏振光是线偏振光。
•偏振片:偏振片是一种能够选择性通过某个方向振动的光波的光学元件。
通过使用偏振片,可以将自然光转换为线偏振光。
•波片:波片是一种能够改变光波偏振状态的光学元件。
通过旋转或改变波片的厚度,可以改变光波的偏振状态。
3. 偏振光的分类根据偏振光振动方向的变化方式,偏振光可以分为以下几种类型:•线偏振光:电场矢量沿着一条直线振动的偏振光,可以分为水平方向和垂直方向的线偏振光。
•圆偏振光:电场矢量在传播过程中形成一个闭合的椭圆轨迹,包括左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
•椭偏振光:电场矢量沿着一个椭圆振动的偏振光,包括长轴方向和短轴方向的椭偏振光。
4. 偏振光的应用由于偏振光具有特殊的光学性质,因此在许多领域中得到了广泛的应用。
4.1 偏振光在光学成像中的应用•3D成像:通过使用偏振光,可以获取物体的深度信息,实现三维成像。
•高对比度成像:偏振光可以减少光线受到的散射和反射干扰,提高图像的对比度。
•偏振显微镜:偏振显微镜利用偏振光的传播规律,可以观察和研究样品中的晶体结构、纤维方向等细节信息。
4.2 偏振光在光电子器件中的应用•液晶显示屏:液晶显示屏利用偏振片和液晶分子的相互作用,可以控制光的通过和阻隔,实现图像和文字的显示。
•偏光器:偏光器可以选择性地通过或阻隔特定方向振动的光波,常用于摄影、测量和实验装置中。
4.3 偏振光在光通信中的应用•光纤通信:在光纤通信系统中,使用偏振保持器和偏振控制器来保持光信号的稳定性和传输质量。
浅谈偏振光的原理与应用1. 偏振光的基本概念偏振光是指在某一方向上振动的光波,它的振动方向与传播方向垂直。
光的偏振性质对于许多光学应用至关重要,因为它可以用来改变或控制光的性质。
在这篇文章中,我们将介绍偏振光的原理和它的一些常见应用。
2. 偏振光的产生偏振光可以通过各种方法产生,其中最常见的方法是使用偏振片。
偏振片是由一连串平行的分子链构成的,这些链只允许特定方向上的光通过。
当光线垂直于偏振片的分子链时,光被完全阻挡,当光线平行于分子链时,光可以通过偏振片。
另一种产生偏振光的方法是使用偏振滤波器。
偏振滤波器通过选择特定方向上的光来改变光的偏振状态。
例如,线偏振滤波器只允许振动在特定方向的光通过,而将垂直方向的光滤除。
3. 偏振光的传播偏振光在传播过程中会发生许多有趣的现象。
其中最重要的现象之一是偏振光的方向可以旋转。
这种现象被称为光学旋光现象。
光学旋光通常是由光通过具有旋光性质的材料而引起的。
该材料对于不同方向上的偏振光有不同的光学活性,从而导致光的旋转。
偏振光还可以通过其他介质进行传播,如液晶。
液晶是一种具有特殊分子结构的材料,通过控制液晶中分子的排列方向,可以改变光的偏振状态。
这使得液晶在显示器等技术中得到广泛应用。
4. 偏振光的应用偏振光在许多领域中都有广泛的应用。
以下是其中几个典型应用的介绍:4.1 偏振光显微镜偏振光显微镜是一种利用偏振光原理的显微镜。
它可以通过检测样品中的偏振光来观察样品的特殊结构或材料的偏振性质。
这种显微镜在材料科学、生物学和地质学等领域中被广泛使用。
4.2 偏振光滤波器偏振光滤波器是一种光学器件,它可以选择性地通过或屏蔽特定方向上的偏振光。
这种滤波器可以用于光学仪器的设计,以控制光的偏振性质。
在摄影、照明和制造等领域中,偏振光滤波器也有着广泛的应用。
4.3 偏振光传感器偏振光传感器是一种可以测量光的偏振状态的器件。
它可以用于环境检测、光通信和生物医学等领域。
通过测量光的偏振状态,这种传感器可以提供有关样品或环境中的物质特性的信息。
光的偏振现象及应用光的偏振是指光波中电场矢量振动方向的特性。
在自然光中,光的振动方向是随机的,即呈无偏振态。
然而,经过特殊材料的作用或特定物理现象的影响,光波的振动方向可以变得有规律,这就是光的偏振现象。
本文将就光的偏振现象的产生原理、分类和应用进行探讨。
一、光的偏振现象的产生原理光的偏振现象产生的原理是光波在传播过程中与介质或其他物理现象相互作用,使光波的电场矢量振动方向发生变化。
常见的光的偏振现象产生原理包括:1. 材料吸收偏振:当光波穿过介质时,材料分子对具有特定振动方向的电场矢量进行吸收,使得光波的偏振方向发生变化。
2. 反射偏振:当光波从介质界面上反射时,与介质界面垂直的方向上的光波电场分量被吸收或折射,而平行于界面的电场分量则被反射,使得反射光线偏振。
3. 散射偏振:当光波与物体表面或介质中的微粒相互作用时,光波的电场矢量会在特定方向上被散射,使得散射光线产生偏振。
二、光的偏振现象的分类根据光波的电场矢量振动方向的变化规律,光的偏振现象可分为线偏振、圆偏振和椭偏振三类:1. 线偏振:光波的电场矢量只在一个平面上振动,其偏振方向可以是水平、垂直或倾斜的。
线偏振光可以通过偏振片进行筛选,同方向振动的光波透过,垂直方向振动的光波被阻挡。
2. 圆偏振:光波的电场矢量绕光束的传播方向旋转,形成一个圆形轨迹。
圆偏振光可以通过偏振镜或光栅进行生成和分析。
3. 椭偏振:光波的电场矢量在平面上进行椭圆轨迹振动,既有水平分量又有垂直分量。
椭偏振光可以通过波片进行产生和研究。
三、光的偏振现象的应用由于光的偏振具有独特的性质,因此在许多领域有着广泛的应用。
以下列举了几个光的偏振应用的示例:1. 光学通信:光的偏振在光纤通信中起着重要的作用。
通过使用光的偏振调制技术,可以增加信息传输的容量和抗干扰能力。
2. 光电显示器:液晶显示器(LCD)利用电流控制液晶分子的方向,进而调节光的偏振状态,实现图像显示。
3. 3D影像技术:偏振成像技术被广泛用于制作3D影像,通过光的偏振状态的差异来再现真实场景的立体效果。
光的偏振现象解析与应用光是一种电磁波,它有波动的特性和粒子的特性。
在空间传播时,光通常是以波的形式传播,而波动光有一个重要的特性,那就是偏振。
光的偏振现象在光学领域有着广泛的应用,本文将对光的偏振现象进行解析,并探讨其在科学研究和技术应用中的重要性。
一、光的偏振现象解析1. 什么是偏振光在日常生活中,我们所看到的自然光是一种无规则的混合光,光的电场矢量在各个方向上都有等概率的振动。
而偏振光是指光的电场矢量在特定方向上振动的光波。
偏振光通过一个偏振片时,只允许在偏振片的特定方向上振动的光通过,其它方向上的光则被阻挡。
这个特性使得偏振光在科学研究和技术应用中具有独特的价值。
2. 光的偏振方式光的偏振方式可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振三种。
(1) 线偏振:光的电场矢量只在特定方向上振动,振动方向可以是任意方向。
(2) 圆偏振:光的电场矢量在平面内绕光线传播方向旋转,振动幅度保持不变。
(3) 椭偏振:光的电场矢量在平面内既有振动方向的分量,也有振动方向垂直的分量,振动幅度可以改变。
3. 光的偏振产生光的偏振产生主要有自然偏振和人工偏振两种方式。
(1) 自然偏振:自然光经过反射、折射或散射后,可以部分或完全地变为偏振光。
例如阳光照射到湖泊表面或玻璃窗上,反射出的光就是部分偏振光。
(2) 人工偏振:通过使用偏振片、偏振器等器件,可以将自然光转化为具有特定偏振方式的偏振光。
二、光的偏振现象的应用1. 光的偏振在显微镜中的应用显微镜作为一种重要的科学研究工具,利用光的偏振现象可以观察到更多的细节和显现出不同的结构。
例如,使用偏振显微镜可以观察到双折射现象,通过对物质的双折射性质进行观察和分析,可以得到物质的结晶性质、应力状态等信息。
2. 光的偏振在通信技术中的应用随着光通信技术的发展,光的偏振在光纤通信系统中发挥着重要的作用。
在光纤传输中,光的偏振可以用来增加光信号的传输容量,提高通信质量和可靠性。
同时,光的偏振还可以用于解决光纤系统中的偏振相关问题,如偏振模式耦合、偏振模式色散等技术挑战。
偏振光的原理和应用光的偏正在生活中被人们广泛的利用,尤其是摄影和电影效果的制作中。
笔者结合偏振光的知识对偏振光在生活中的运用给予简单的介绍,并简单解释其中原理,希望可以给读者一定的帮助。
本文主要介绍偏振光在摄影和偏振镜,3D电影和3D眼镜方面的原理和运用。
一、偏振光的原理光是一种电磁波,和所有的电磁波一样它是一种横波。
而振动方向和传播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。
而一般的光源发出的光,它的振动面不只限于一个固定方向而是方向均匀分布的,这种光叫做自然光。
而横波具有偏振性,振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振,光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振,振动失去这种对称性的光称为偏振光。
通过试验我们可以观察这种偏振光,这个试验的原理如图:(如图1)P1、P2(P1为起偏器P2为检偏器)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,就可以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。
偏振片对自然光的作用是把具有各方向均匀分布的振动面的自然光变成只有一个震动方向的偏振光。
其中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正化方向的光通过,所以我们可以得到只有1个方向振动的偏振光。
同理我们用P2去检查P1中通过的偏振光,当P2和P1的偏振化方向平行时,我们可以看到偏振光完全通过,当转动P2时、我们会发现通过P2的光强度变暗,转到90度时最暗,相当于P2完全挡住了P1过来的偏正光。
偏振光学原理及其应用光学是研究光的性质和相互作用的学科,是自然科学的重要分支之一。
在光学研究中,偏振光学是一个重要的分支,可以解释光的偏振现象和利用光的偏振来研究物质的性质。
本文将介绍偏振光学的原理和应用。
一、偏振光学原理偏振光是指只在一个平面上振动的光。
原本在任意方向散射光束变成了只在一个平面上偏振振动的现象,叫做光偏振。
光偏振可以用图示来表示,假如我们把一束无偏振的光通过一个偏振器(P),这个偏振器就会将光线的振动方向限制在一个特定的平面上,所产生的光就是偏振光。
不同类型的偏振器有不同的作用方式。
线偏器是最简单的偏振器,利用线状材料对垂直于线方向不同的两组振动方向的反射作出区别,将所在平面内与线方向平行的振动分选出来。
除线偏器之外,还有圆偏器、椭偏器等。
光线在空气中传播时通常是自然偏振的。
但是在经过许多特定的物体或许多情况下,光的偏振方向被限制在一个或多个平面上,导致偏振光的现象。
有多种机制会引起光偏振。
例如,当光经过一些物体时,其中的某些分子或原子只吸收其振动方向与其特殊方向相同的极化光,并反射和传播其余未被吸收的光。
这样,光的偏振方向就被限制了。
例如,一些晶体能够在一定方向上将振动分量通过,并阻挡垂直于此方向的振动分量,从而产生偏振现象。
此外,偏振光还可以通过一系列透过或反射器件(例如偏振板)来过滤掉非偏振光以产生。
二、偏振光学应用1. LCD液晶显示器偏振光学在LCD显示器中得到了广泛应用。
液晶显示器的原理是通过控制液晶单元的偏振方向来实现像素的开闭。
每个像素都由液晶单元和透明电极组成,透明电极能够控制单元中液晶分子的偏振方向,从而控制光的透过或阻挡。
逐行扫描和逐列扫描也可以控制像素的开闭,从而显示图像。
2. 光学偏振镜光学偏振镜是立体电影和3D电影中使用的常见设备。
偏振镜可以将光线的波动方向沿着特定方向偏振,然后被接收器接收。
正向传输呈现一个图像,反射传输呈现另一个图像。
这种技术利用了立体的原理,能够让观众看到比平面更多的细节和图像。
偏振光的产生和检测偏振光是一种只在特定平面内振动的光波。
与非偏振光不同,非偏振光在所有方向上的振动幅度都相同。
偏振光在自然界中广泛存在,例如太阳光就是一种偏振光,自然界中的大部分生物都依赖偏振光进行导航。
此外,偏振光在现代科技领域也有着广泛的应用,如液晶显示、光纤通信等。
一、偏振光的产生1. 自然光的光源自然光是由太阳或其他恒星产生的。
由于太阳或恒星发出的光经过大气层时会受到气流、温度等影响,使得光发生折射和散射,从而使得光波在不同方向上具有不同的相位,进而在各个方向上振动幅度不同,形成自然光。
2. 偏振光的生成方法(1)线性偏振光线性偏振光可以通过偏振器生成。
偏振器是一种能够让光波在特定平面内通过,而在其他平面内则被阻挡的装置。
当自然光通过偏振器时,只有振动方向与偏振器的透振方向平行的光波可以通过,从而得到线性偏振光。
(2)圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光可以通过特殊的装置生成,如线偏振光通过半波片和四分之一波片的组合。
当线偏振光的振动方向与四分之一波片的快轴方向成45度角时,通过四分之一波片后的光波将变为圆偏振光。
椭圆偏振光可以通过改变四分之一波片和半波片之间的夹角来获得。
二、偏振光的检测1. 偏振光检测的原理偏振光的检测主要是利用偏振片对光波的振动方向的筛选作用。
当偏振片的透振方向与光波的振动方向平行时,光波可以通过偏振片;当偏振片的透振方向与光波的振动方向垂直时,光波则被阻挡。
通过观察光波通过偏振片前后的强度变化,可以判断光波的偏振状态。
2. 偏振光检测的方法(1)线偏振光检测线偏振光可以通过偏振片进行检测。
当线偏振光通过偏振片时,如果光波的振动方向与偏振片的透振方向平行,则光波可以通过;如果光波的振动方向与偏振片的透振方向垂直,则光波被阻挡。
通过改变偏振片的透振方向,可以观察到光强的变化,从而判断光波的偏振方向。
(2)圆偏振光和椭圆偏振光检测圆偏振光和椭圆偏振光的检测需要使用特殊的偏振片组合,如半波片和四分之一波片。
光的偏振现象及其应用1. 光的偏振现象1.1 偏振的概念偏振是光波的一种特性,描述了光波中电场矢量在空间中的特定方向。
与非偏振光相比,偏振光中电场矢量的方向在空间中保持一致,而非偏振光中电场矢量的方向在空间中随机分布。
1.2 偏振的产生偏振光的产生主要有两种方式:自然偏振和人工偏振。
•自然偏振:自然光在传播过程中,由于经过物质的散射、反射等作用,使得光波中的电场矢量方向逐渐趋于一致,从而产生偏振现象。
•人工偏振:通过偏振器可以将自然光或非偏振光转化为偏振光。
偏振器只允许电场矢量在特定方向上的光通过,其他方向的光被阻挡。
1.3 偏振的表示方法偏振可以用偏振态来表示,偏振态包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振。
•线偏振:电场矢量在空间中只有一个方向,呈直线状。
•圆偏振:电场矢量在空间中呈圆周分布,且大小恒定。
•椭圆偏振:电场矢量在空间中呈椭圆分布,长轴和短轴分别表示电场矢量在不同方向上的大小。
2. 光的偏振现象的实验验证2.1 马吕斯定律马吕斯定律是描述偏振光通过偏振器时,光强与偏振器偏振方向的关系。
当偏振器的偏振方向与偏振光的偏振方向平行时,光强达到最大;当偏振器的偏振方向与偏振光的偏振方向垂直时,光强减小为零。
2.2 起偏器和检偏器起偏器是一种使自然光或非偏振光变为偏振光的装置,它可以通过对光波的特定方向进行选择来实现。
检偏器是一种检测偏振态的装置,通过测量光强变化来判断光波的偏振方向。
2.3 偏振光的干涉当两束偏振光波重叠时,由于电场矢量的相互叠加,会产生干涉现象。
偏振光的干涉可以用来研究光波的偏振态和相位关系。
3. 光的偏振现象的应用3.1 光学仪器光的偏振现象在光学仪器中有着广泛的应用。
例如,偏振显微镜可以用来观察物质的偏振性质;偏振镜可以用来消除反射光和非偏振光源中的杂散光,提高图像质量。
3.2 液晶显示技术液晶显示技术(LCD)中,光的偏振现象被用来控制显示屏幕的亮度和色彩。
通过调节液晶分子的排列,可以改变光的偏振状态,从而实现图像的显示。
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 = AcosωtEy = 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 = AcosωtEy = 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。
2.椭圆偏振光和圆偏振光的产生平面偏振光垂直入射波片,如果光轴平行于波片的表面会产生比较特殊的双折射现象。
这时,非常光 e 和寻常光 o 的传播方向是一致的,但速度不同,因而从波片出射时会产生相位差Δψ=(2*π/λ)*(n o-n e)*d.式中λ表示单色光在真空中的波长,n o和n e分别为晶体中o 光和e光的折射率,d 为波片厚度。
如果波片的厚度使产生的相位差Δψ=±(2*k+1)*π/2,这样的波片称为1/4波片。
线偏振光通过1/4波片后,透射光一般是椭圆偏振光;当α=π/4时,o光和e光的振幅相等,出射光为圆偏振光。
由此可知,1/4波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光2.偏振光基本应用介绍2.1在3D电影技术的应用随着电影的发展,越来越多的电影生产者选择用吸引大众的3D形式来制作电影,由此就产生了3D电影。
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,如图-5所示。
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。
观众戴上透振方向互相垂直的偏振眼镜观看,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。
2.2在汽车车灯上的应用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,可以保证安全行车。
还有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。
因为这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。
这样的话我们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。
2.3在生物的生理机能上的应用人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的,但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。
比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼,每个复眼包含有6300个小眼,这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位,然后以太阳为定向标来判断方向,所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。
再如在沙漠中,如果不带罗盘,人是会迷路的,但是沙漠中有一种蚂蚁,它能利用天空中的紫外偏光导航,因而不会迷路。
3.偏振光创新应用发明3.1可调温度的窗户根据偏振片的这一特性,我们是否可以将偏振片应用到楼宇中的窗户上,通过他来改变光的强度,从而调整室内的温度,这样夏天我们再也不用使用空调么来降温了,只需要通过调节两片偏振片的相对位置就能实现这一目的。
当然在窗户的设计方面可能不能再按我们现行的方式设计,而最好是变成圆形状的。
这样就能像我们平时使用的熏香剂的设计一样通过旋转就能改变光的强度,在夏天可以使他们的近乎90°或者270°,使尽量少的光进入室内;而在冬天则可以达到光强最大处,使屋内温度达到最高,方便又实用,而且无污染,天然。
在偏振片上我们还可以镀上一定的滤光膜,这样我们讨厌的一些光线就可以滤掉,留下好的、有用的光供我们利用。
3.2多功能建筑顶棚我们知道,传统的顶棚都是混凝土结构的,这种顶棚除了档雨和挡阳光以外没有其他作用。
而今后我们的追求方向却是希望在满足基本作用的情况下能够最大限度的实现美感与观赏价值。
在这里我们可以利用光的偏振原理设计出具有滤光,室内灭菌,隔热,观赏等功能于一身的多功能建筑顶棚。
3.3在智能楼宇中的应用用一些便宜和无污染的材料使用到房屋里面,利用它来改变房屋的建设来达到一些人们所需的要求,最终实现房屋的智能化、人性化。
自然光在两种介质的分界面上反射和折射时,反射光和折射光都将成为偏振光。