偏振光学及其应用(精)

【产品说明】：偏振镜的作用是消除有害的反射光，比如从水面或玻璃等光泽表面反射的光线，提高影像的清晰度和表现力，增加色彩饱和度，比如它能使蓝天、绿叶、山脊和建筑物等的色彩更加鲜艳。

最主要的一点是，用偏振镜所创造的效果是不能用PS再现的，而其他滤镜，如减光镜、灰度镜、柔焦镜、雾化镜、以及各种有色滤镜等的效果通过后期的电脑处理基本都可以实现。

虽然偏振镜只是作为可选的滤镜，但对喜欢风光摄影或者对摄影创作感兴趣的朋友还是不可或缺的。

偏振镜中最常见的是一般外装型线偏振镜(PL)与圆偏振镜(CPL)。

偏振镜一般由两部份组成，后部带有螺纹与摄像机相连，前端有滤镜部份可以旋转，通过改变旋转的角度来减少偏振光的通过。

其工作原理可简单理解为：被摄物反射光中的自然光与偏振光在进入镜头前，在PL的作用下，有害偏振光被“滤除”，自然光部份通过并被“改造”为偏振光，进入镜头的光线实际为偏振光；反射光在CPL的作用下，偏振光被“滤除”，自然光部份通过并被改变为偏振光，然后偏振光再“圆周旋转”一下，“摇身一变”又成为自然光，进入镜头的光线实际为自然光。

所以，CPL要比PL更复杂一些，这也是二者价格差异较大的主要原因。

偏振镜具体调节方法如下：把偏振镜直接安装在摄影机镜头前端，一边徐徐旋转偏振镜，一边通过液晶显示屏或取景器观察被摄景物中的偏振光源，直至其消失或减弱到预期效果时为止；也可将偏振镜先直接放在眼前，边取景边旋转偏振镜，直至偏振光消失或减弱到预期大小为止。

然后在偏振镜方位保持不变(即偏振镜边缘上的标志所指示的方向保持不变)的前提下，将偏振镜平移，套在摄影镜头前端。

此后摄像机不可随意改变拍摄方位，否则必须重新调整偏振镜的偏振方向。

偏振镜原理、用途全面剖析偏振镜原理用途全面剖析随着一些专业数码相机的普及，大家越来越关注滤镜的使用，最简单的就属UV镜了，它的作用是滤除紫外线（但现在大家都用它来保护镜头了）。

而偏振镜，很多新手却不敢涉及，总是感觉它太玄、难用。

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。

《偏振光及其应用》课件简介（一）内容结构《偏振光及其应用》是适用于大学物理课堂教学的多媒体课件。

包含相关理论论述、实验、视频、动画、例题、应用、测验题、图片、旁白和物理学史小故事等。

也可以作为科普讲座使用。

基本内容：一，偏振光相关理论论述1，自然光和线偏振光2，偏振片的起偏和检偏马吕斯定律3，反射和折射时光的偏振布儒斯特定律4，晶体的双折射现象二，偏振光的应用三，测验题工具栏除了含上述6个版块外，还有视频集锦、动画集锦、小故事等版块。

结合教学内容自行研制了11个视频、4个动画、40多个声音文件，拍摄照片30多幅。

（二）课件特色简介一，实用性强。

“光的偏振”是大学物理教学的难点之一。

本课件是将教师长期积累的偏振光部分的课堂教学和演示实验的丰富经验和体会精心设计制作而成的，解决了理论和实践、教学和演示分离的问题，将难点化为易点，辅助教师课堂教学和学生课外自学，提高了教学效果。

课件中的全部细节，包括自定义动画和换页效果等也都是为课堂教学应用而设计的。

“偏振片的起偏和检偏”“马吕斯定律”用视频演示验证“布儒斯特定律”用动画深入浅出地分析了“布儒斯特定律”是本课件一个亮点。

“反射和折射时光的偏振布儒斯特定律”用动画二，技术含量高，可视性强。

研制中采用了Authorware、Director、flash、非线性编辑和PowerPoint的多种技巧等计算机技术。

使用了录像、动画、图片、摄影、乐曲、旁白和文字动态播放等多种多媒体手段，生动、形象、制作精美，使用方便。

极大提高了学生的学习兴趣和教学效果。

三，操作方便，运行可靠。

在每页都可通过幻灯片上方的菜单快速调出9个版块的内容。

PowerPoint可方便教师及时修改、调整教学内容。

而且每页都可通过幻灯片右下角的按钮组回到首页、上页、下页、末页或结束播放。

图标END在每页后自动飞出，提示用户全部自定义动画完毕。

工具栏菜单四，《测验题》的设计有独创性。

具有交互功能，可以反复修改答案，并配有声音响应，选择了正确的答案后，仍可以选择其他答案和重新选题。

光的偏振及其‎应用一、光的偏振光的偏振（polari‎z ation‎of light）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。

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。

只有横波才能‎产生偏振现象‎，故光的偏振是‎光的波动性的‎又一例证。

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）。

凡其振动失去‎这种对称性的‎光统称偏振光‎。

自然光通过偏‎振片P之后，只有振动方向‎与偏振片的透‎振方向一致的‎光才能顺利通‎过，也就是说，通过偏振片P‎的光波，在垂直于传播‎方向的平面上‎，沿着某个特定‎的方向振动，这种光叫偏振‎光。

通过偏振片P‎的偏振光，再通过偏振片‎Q，如果两个偏振‎片的透振方向‎平行，则可以通过；如果两个偏振‎片的透振方向‎垂直，则不能透过Q‎（如图-1所示）。

根据偏振光的‎这个特性，在实际中有很‎多用途。

二、光的偏振的应‎用1．在摄影镜头前‎加上偏振镜消‎除反光自然光在玻璃‎、水面、木质桌面等表‎面反射时，反射光和折射‎光都是偏振光‎，而且入射角变‎化时，偏振的程度也‎有变化。

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，这是由于反射‎光波的干扰而‎引起的。

如果在拍摄时‎加用偏振镜，并适当地旋转‎偏振镜片，让它的透振方‎向与反射光的‎透振方向垂直‎，就可以减弱反‎射光而使水下‎或玻璃后的影‎像清晰。

例1．下列说法正确‎的是（）A．拍摄蓝天白云‎相片时，可以加用偏振‎镜片，突出蓝天中的‎白云B．一束自然光入‎射到两种介质‎的分界面上，当反射光线与‎折射光线的夹‎角恰好是90‎°时，反射光和折射‎光都是偏振光‎C．日落时分，拍摄水面下的‎景物，在照相机镜头‎前装上偏振滤‎光片可以使景‎物更清晰D．拍摄玻璃橱窗‎里的陈列物时‎，照相机镜头前‎的偏振片的透‎振方向应与反‎射光的振动方‎向平行分析：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，蓝天会变暗，从而突出了蓝‎天中的白云，所以A正确；自然光射到界‎面上时，反射光线与折‎射光线都是偏‎振光，当反射光和折‎射光的夹角为‎90°时，偏振程度最大‎，且两束光的振‎动方向垂直，所以B正确；拍摄水面下或‎玻璃橱窗内的‎景物时，应使偏振片的‎透振方向与反‎射光的振动方‎向垂直，这样反射光不‎能进入镜头，所以C正确，D错误。

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。

偏振光的介绍及其应用偏振光是指在空间中仅在一个特定的方向上振动的光波。

光可以是横向振动（垂直于传播方向）或纵向振动（沿着传播方向）。

当光的振动限制在一个方向上时，光就呈现出偏振的性质。

一般情况下，自然光是随意偏振的，即在垂直平面上振动的光波和在水平平面上振动的光波的比例是随机的。

而偏振光是特定振动方向上的光波，它具有特定的电场矢量振动方向，可以通过各种方法来产生。

偏振光的特性使得其在各个领域得到广泛应用。

以下是一些常见的偏振光应用：1.光学显微镜：偏振光显微镜能够提供更清晰的图像和更好的对比度。

通过使用偏振器和偏振滤光片，可以有效地消除反射和散射光，使得被观察物体更加清晰可见。

2.光学通信：偏振光在光纤通信中起着重要作用。

在光纤中传输的光波往往会受到外界环境的干扰，导致光信号损失。

使用偏振保持器可以稳定光信号的偏振状态，提高光纤通信质量和稳定性。

3.显示技术：偏振片和液晶显示器（LCD）的结合，可以实现高清晰度的图像和广视角。

液晶分子的取向可以通过电场控制，从而改变偏振光的传递性质。

这种控制使得液晶显示器能够产生各种颜色、亮度和对比度的图像。

4.激光器：通过使用偏振器件，可以使激光器产生特定方向的偏振光。

这种特性可以用于光学器件的校准和对激光束的精确控制。

5.太阳能电池：太阳能电池通常使用偏振玻璃覆盖，能够帮助收集更多的光能，并提高电池的效率。

偏振玻璃可以选择特定方向的光波进入太阳能电池，减少透过率不高的光的损失。

此外，偏振光还在生物医学、摄影、天文学、材料科学等领域得到了广泛的应用。

例如在生物医学中，偏振光可以用于观察和研究生物组织结构和功能；在摄影中，偏振滤镜可以用来增强图像对比度和颜色饱和度；在天文学中，偏振测量可以用来研究星际尘埃和行星的性质。

总之，偏振光在不同领域中有着广泛的应用和重要的意义。

它不仅可以提高光学设备的性能和精度，还可以帮助我们更好地理解和研究光的性质和行为。

光学是一门既古老又年轻的学科，是物理学中一个重要的分支。

通过分析100多年来的诺贝尔物理学奖我们发现：与光学直接或间接相关的获奖成果有40多项。

这些获奖的光学研究工作对于物理学的发展起到了非常重要的作用。

无论是相对论还是量子力学的建立，都与光学的发展密切相关。

例如：相对论的基本假定之一就是光速不变原理；而量子力学的建立则是从对黑体辐射（普朗克）、氢原子的光谱结构（玻尔）以及光电效应（爱因斯坦）的讨论开始的。

100多年来，光学的研究大多与光的相干性、量子性和非线性这三个范畴有关。

纵观与光学相关的诺贝尔物理学奖可以发现：99%的获奖工作集中在光的相干性和量子性（其中，有关光的量子性的研究近70%）。

2005年的诺贝尔物理学奖刚刚公布，获奖者的贡献是在光学领域的，其研究的范畴仍属于相干性和量子性。

1.光的相干性从17世纪起，人们逐步认识到光的波动性（相干性）。

到19世纪初，研究者们已经发现了光的干涉、衍射、偏振等现象，确证了光是电磁波。

到了19世纪中后期，麦克斯韦建立起了完整的电磁理论，人们对光的相干性已经有了相当深刻的认识，初步的波动光学体系己经形成，许多基本的理论和实验方面的问题都已解决。

但由于有关相干性的研究很大一部分是在20世纪之前完成的，那时还没有设立诺贝尔奖。

因此，诺贝尔奖中因光的相干性研究而获奖的数目较少。

20世纪初，诺贝尔奖刚刚设立， 1901年伦琴由于发现X射线而获得第一届诺贝尔物理学奖。

由此也可以看出，光学研究在诺贝尔奖中占有重要的地位。

此后仍有几次获奖是有关X射线的工作，如关于晶体的X射线衍射（1914，1915）以及X射线衍射标识谱（1917）的研究，因就其本质来说，这些工作更接近光的相干性范畴。

此后，有关相干性方面的研究继续发展，有不少工作获得了诺贝尔物理学奖。

其中最具代表性的工作就是相衬理论的提出（泽尼克，1953年获奖），以及全息术的发明（伽博，1971年获奖）。

这些获奖的工作大多是应用型的。