山東建筑大學(xué)理學(xué)院科技論文

1、山東建筑大學(xué)理學(xué)院科技論文 科技論文 題 目：布儒斯特角及其光學(xué)應(yīng)用 院 （部）：理學(xué)院 專 業(yè)：應(yīng)用物理學(xué) 班 級(jí)：光電111 姓 名：許浩東 學(xué) 號(hào)：2011121029 完成日期：2014年10月15日 黑體，小3號(hào)，居中，1.5倍行距，兩字間空1格摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，現(xiàn)今除了利用布儒斯特角獲得線偏振光外與布儒斯特角相關(guān)的實(shí)驗(yàn)概念，如其計(jì)算和測(cè)量等等在生產(chǎn)生活、科學(xué)研究、高校教學(xué)等方面均有十分廣泛的用途和非常突出的實(shí)用價(jià)值。因此，深入研究布儒斯特角，進(jìn)一步拓展布儒斯特定律的實(shí)際應(yīng)用，是現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)非常有價(jià)值的研究方向。本文首先對(duì)布儒斯特角的來(lái)源向讀者做了簡(jiǎn)單介紹，指出布儒斯特

2、做了大量實(shí)驗(yàn)，終于在1815年，他發(fā)現(xiàn)當(dāng)反射光與折射光垂直時(shí)，反射光完全偏振。然后對(duì)布儒斯特角、布儒斯特定律、布儒斯特窗、布儒斯特條紋、布儒斯特體視鏡等相關(guān)概念做了敘述。緊接著為了讀者更能清楚的理解布儒斯特定律，我簡(jiǎn)單對(duì)光的偏振現(xiàn)象為大家做了闡述。最后，因?yàn)椴既逅固囟稍谏钪械膽?yīng)用有很多,并且具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和可操作性,所以我們?cè)诹私庋芯坎既逅固亟菚r(shí)，要對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行合理的分類，本文中，我們將其應(yīng)用分為四大類，即布儒斯特角在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用、在科學(xué)研究中的應(yīng)用、在高校教學(xué)中的應(yīng)用以及其他應(yīng)用。對(duì)于每類應(yīng)用，我們會(huì)舉出相應(yīng)的實(shí)例，并為大家解釋其中的原理。關(guān)鍵詞：布儒斯特角；布儒斯特定律；布儒斯

3、特窗；光的偏振宋體，小4號(hào)，1.5倍行距二級(jí)、三級(jí)及以下標(biāo)題，頂格，黑體，小4號(hào)，1.5倍行距一級(jí)標(biāo)題，黑體，小3號(hào)，1.5倍行距，兩字間空1格 1前 言1.1 研究背景與研究意義 光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)證明了光的波動(dòng)性質(zhì)。而光的偏振現(xiàn)象（波的震動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象）表明光是橫波而不是縱波，即其電矢量E和磁矢量H的振動(dòng)方向都與傳播速度v垂直。對(duì)于光偏振現(xiàn)象的解釋在光學(xué)發(fā)展史中有很重要的地位。光的偏振性使人們對(duì)光是如何進(jìn)行傳播的問(wèn)題有了更為深刻的了解，目前，偏振光在各個(gè)領(lǐng)域，如電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造、現(xiàn)實(shí)生活的現(xiàn)象解釋、國(guó)防科技

4、的研發(fā)、高校教學(xué)的科研項(xiàng)目等等，有著十分廣泛的應(yīng)用。對(duì)光的偏振現(xiàn)象的研究實(shí)驗(yàn)與解釋與對(duì)光的干涉、衍射現(xiàn)象的解釋一樣都屬于波動(dòng)光學(xué)的重要組成部分，在光學(xué)這門(mén)專業(yè)性很強(qiáng)的學(xué)科的發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中有著舉足輕重的重要地位。如何簡(jiǎn)單、高效的獲取偏振光，一直以來(lái)都是物理學(xué)家潛心研究的一個(gè)大的項(xiàng)目方向。通過(guò)對(duì)光學(xué)簡(jiǎn)史的學(xué)習(xí)，我們了解到在1815年，英國(guó)物理學(xué)家D.布儒斯特發(fā)現(xiàn)當(dāng)當(dāng)自然光在兩種介質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)，反射光和折射光都將成為部分偏振光（自然光在傳播過(guò)程中，如果受到外界的作用，造成各個(gè)振動(dòng)方向上的強(qiáng)度不等，使某一方向的振動(dòng)比其他方向占優(yōu)勢(shì)，所造成的這種光叫做部分偏振光）；在特定的情況下，即入射光

5、的入射角為某特定角度時(shí)反射光才是線偏振光（在光波中，光矢量的振動(dòng)方向在傳播過(guò)程中保持不變，只是它的大小隨位相改變的光），其振動(dòng)方向與入射面垂直，此特定角稱為布儒斯特角或起偏振角，用b表示。上述規(guī)律后被稱作是布儒斯特定律。對(duì)于此定律的正確性，后來(lái)的實(shí)驗(yàn)和麥克斯韋定律均有驗(yàn)證。除了獲得線偏振光外，與布儒斯特角相關(guān)的實(shí)驗(yàn)概念，如其計(jì)算和測(cè)量等等在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中和實(shí)際生活中均有十分廣泛的用途和非常突出的實(shí)用價(jià)值。因此，深入研究布儒斯特角，進(jìn)一步拓展布儒斯特定律的實(shí)際應(yīng)用，是現(xiàn)代光學(xué)的一個(gè)非常有價(jià)值的研究方向。1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)目前，光學(xué)工程、通信工程、光電科學(xué)技術(shù)與工程、量子力學(xué)、微電子技術(shù)、

6、生化工程等領(lǐng)域?qū)τ诓既逅固亟堑膽?yīng)用越發(fā)的廣泛和成熟。生產(chǎn)生活中，布儒斯特角的應(yīng)用十分廣泛，比如利用布儒斯特定律可以獲取線偏振光從而可以使人觀看立體電影，利用布儒斯特角制作偏振濾光膜并鍍?cè)谄嚽安Ａ峡梢苑缽?qiáng)光照射，日常生活中常見(jiàn)的偏光鏡也應(yīng)用了布儒斯特定律，利用布儒斯特角來(lái)進(jìn)行濾光，現(xiàn)在我們常見(jiàn)的液晶技術(shù)中的核心原理也是布儒斯特定律，液晶顯示器應(yīng)用在生活中的方方面面，液晶顯示器具有低壓微功耗、平板顯示結(jié)構(gòu)、被動(dòng)顯示形式、高清晰度、大信息量、易于彩色化、無(wú)電磁輻射以及長(zhǎng)壽命等顯著優(yōu)點(diǎn)，在電子手表、計(jì)算器、儀器儀表、電視以及大屏幕廣告等方面被廣泛運(yùn)用在科學(xué)研究領(lǐng)域，上世紀(jì)九十年代，首臺(tái)布儒斯特角顯

7、微鏡（BAM）就已經(jīng)問(wèn)世并一步步在研究薄膜的單層相微區(qū)和有序現(xiàn)象、LB膜均勻性等方面被科學(xué)家們廣泛應(yīng)用。利用布儒斯特角顯微鏡觀測(cè)生物酸（如花生酸、大豆酸）單分子膜成膜過(guò)程中表面形貌的動(dòng)態(tài)變化，分析生物酸單分子膜的形成機(jī)理已成為科學(xué)家門(mén)研究生物工程領(lǐng)域問(wèn)題的主要手段。在高校的教學(xué)過(guò)程中，老師常常就可以利用這一原理來(lái)為同學(xué)演示如何通過(guò)利用玻璃片堆來(lái)獲得透射為純潔的平面偏振光。在實(shí)驗(yàn)室中，老師和同學(xué)進(jìn)行光學(xué)實(shí)驗(yàn)常用到激光作為光源,氣體激光器中使用布儒斯特窗作為激光束的輸出窗片。氣體激光器往往要求在輸出光束的光路中不能有絲毫的損耗,而采用布儒斯特窗并在布氏角下入射可以使rp=0但 tp=1,也就是 p

8、偏振分量照射到布儒斯特窗片上的透過(guò)率是100%而不產(chǎn)生損耗。另外，在進(jìn)行刑事偵查時(shí)，警察同志在案發(fā)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)商場(chǎng)、博物館等公共設(shè)施櫥窗內(nèi)陳列的物品進(jìn)行拍照取證時(shí)，往往會(huì)因?yàn)椴ＡХ垂?，從而?dǎo)致所拍攝的陳列品的細(xì)節(jié)顯示不清楚，這是因?yàn)闄淮岸际怯赏该鞫确浅８叩牟Ａе瞥傻摹４藭r(shí)，我們可以利用布儒斯特角照相來(lái)去掉櫥窗表面的反光?？梢?jiàn)，人們?cè)诂F(xiàn)實(shí)生活中的方方面面都可以根據(jù)布儒斯特定律，利用布儒斯特角來(lái)達(dá)成許多難以達(dá)到的目的。對(duì)于布儒斯特定律的研究以及對(duì)布儒斯特角的應(yīng)用會(huì)不斷得到大力的發(fā)展。2內(nèi) 容2.1 布儒斯特角光學(xué)應(yīng)用的廣泛性及分類在許多光學(xué)設(shè)備中,都應(yīng)用布儒斯特定律來(lái)制作偏振鏡來(lái)做濾光設(shè)備。比如偏振墨鏡

9、使用了布儒斯特角的原理來(lái)減少?gòu)乃婊蛘呗访娣瓷涞钠窆?。攝影師利用相同的原理來(lái)減少水面、玻璃或者其他非金屬反射的太陽(yáng)光。實(shí)驗(yàn)室中,我們也有玻璃堆,布儒斯特鏡等常見(jiàn)設(shè)備,利用其獲得激光及我們實(shí)驗(yàn)所需的屏幕偏振光,可見(jiàn)其應(yīng)用的廣泛性。布儒斯特定律在生活中的應(yīng)用有很多,并且具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值和可操作性,所以我們?cè)诹私庋芯坎既逅固亟菚r(shí)，要對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行合理的分類，本文中，我們將其應(yīng)用分為四大類，即布儒斯特角在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用、在科學(xué)研究中的應(yīng)用、在高校教學(xué)中的應(yīng)用以及其他應(yīng)用。對(duì)于每類應(yīng)用，我們會(huì)舉出相應(yīng)的實(shí)例，并為大家大略的解釋其中的原理。2.2 布儒斯特角在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用立體電影的拍攝是基于兩個(gè)攝

10、影機(jī)的。在拍攝立體電影是，用兩臺(tái)同步攝影機(jī)，調(diào)整好他們之間的距離，使那兩部攝影機(jī)的拍攝角度剛好與雙眼觀看物體的角度一致、這樣獲得的兩部電影拷貝，記錄的是同一個(gè)景物，而且從左右兩個(gè)不同方位拍攝下來(lái)的“左拷貝”和“右拷貝”。在放映室，也采用下圖所示的兩部同步放映機(jī)，熒幕上同時(shí)映出兩個(gè)畫(huà)面，但是在兩臺(tái)放映機(jī)鏡頭前各放置一枚根據(jù)布儒斯特定律利用布儒斯特角制成的人造偏振片，他們的透振方向相互正交。例如在放映右拷貝的機(jī)器前，放置一塊透振方向水平的偏振片，左拷貝放映機(jī)前的偏振片的透振方向則是豎直的。顯而易見(jiàn)，銀幕上的兩個(gè)畫(huà)面是分別用透振方向相互垂直的平面偏振光放映出來(lái)的。而觀察者為了形成立體視覺(jué)，必須使他們

11、的雙眼各自接受一個(gè)圖像，即左眼接受左拷貝的畫(huà)面，有眼接受右拷貝的畫(huà)面，而且左右互不想干擾，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，根據(jù)布儒斯特定律，運(yùn)用布儒斯特角偏振片的檢偏作用，即觀察者戴上有人造偏振片制成的偏光眼鏡，偏光眼鏡的左鏡片透振方向是豎直的，右鏡片的透振方向是水平的，這樣，觀察者的雙眼分別接收到來(lái)自左右拷貝的兩個(gè)圖像，這兩個(gè)圖像和直接觀察立體景物的兩個(gè)圖像沒(méi)有什么區(qū)別，由兩眼感覺(jué)的合成效應(yīng)，得到立體感的圖像。值得指出的是，如果你卸下眼鏡，銀幕上并沒(méi)有立體景物，看到的卻是兩幅左右稍許錯(cuò)開(kāi)的、略微差異的平面圖片。上面介紹立體電影的原理時(shí)，提到的雙機(jī)同步攝影、雙機(jī)同步放映以及雙拷貝卻是是在早期的立體電影中采用過(guò)的

12、。現(xiàn)在，由于配用了必要的光學(xué)附件，使攝影機(jī)放映的器材有了較大的進(jìn)展。例如采用了單機(jī)、雙鏡頭、單片攝影和單機(jī)、單鏡頭、單片放映。還有一個(gè)十分重要的問(wèn)題立體電影的銀幕，需要簡(jiǎn)單的做一交代。如果將平面偏振光透射的畫(huà)面放映在普通銀幕，觀察者很難獲得立體感覺(jué)的效果，這是由于銀幕的退偏振作用的緣故，為了克服這一困難，立體電影的銀幕是特制的，它在普通銀幕上噴繪了一層俗稱銀化粉的材料，其實(shí)它的主要成分是鋁粉和漆。鋁粉的粒度要求甚高，經(jīng)金屬粒子的散射以防止退偏振的產(chǎn)生，這種銀幕稱非退偏振的銀幕。3結(jié) 語(yǔ)論文的寫(xiě)作是一個(gè)不斷積累知識(shí)的過(guò)程，也是一個(gè)不斷成長(zhǎng)的過(guò)程。從最初剛寫(xiě)論文時(shí)對(duì)論文題目問(wèn)題的模糊認(rèn)識(shí)到最后能夠

13、對(duì)該問(wèn)題有深刻的認(rèn)識(shí)，我體會(huì)到廣泛閱讀對(duì)于學(xué)習(xí)的重要性，以前對(duì)問(wèn)題只是模糊的印象，沒(méi)有經(jīng)過(guò)深刻具體了解，對(duì)知識(shí)的理解不夠明確，通過(guò)這次的論文，真正探究理解了布儒斯特定律的深刻內(nèi)涵及布儒斯特角的廣泛應(yīng)用。通過(guò)畢業(yè)論文的磨練,我深刻體會(huì)到要做好一個(gè)完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對(duì)待要解決的問(wèn)題，要耐心、要善于運(yùn)用已有的資源來(lái)充實(shí)自己。同時(shí)我也深刻的認(rèn)識(shí)到，在對(duì)待一個(gè)新事物時(shí)，一定要從整體考慮，完成一步之后再作下一步，這樣才能更加有效。路漫漫其修遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索。在老師的指導(dǎo)下，對(duì)布儒斯特定律及布儒斯特角的研究和探索取得了更大的進(jìn)步。在論文撰寫(xiě)過(guò)程中常常感到有困難，導(dǎo)師給予了我很大的幫助，從題目的選定到論文寫(xiě)作的過(guò)程，導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)，使我豁然開(kāi)朗，獲益匪淺。參考文獻(xiàn)1 姚啟均. 光學(xué)教程J北京：高等教育出版社，2008248-2512 宣桂鑫光學(xué)教程學(xué)習(xí)指導(dǎo)書(shū)M北京：高等教育出版社，2008.178-1813 梁銓廷物理光學(xué)M北京：電子工業(yè)出版社，2012330-3354 劉翠紅. 物理光學(xué)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與題解M北京：電子工業(yè)出版社，2009151-1585 程守珠 江之永. 普通物理學(xué)M北京：高等教育出版社，2006179-1916 胡盤(pán)新 湯疏駿 鐘季康普通物理學(xué)思考題分析與拓展J北