偏振光技術(shù)及其應(yīng)用

1、偏振光技術(shù)及其應(yīng)用-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One 12偏振光技術(shù)及其應(yīng)用作者：席晨霞學(xué)號(hào)：100104303班級(jí)：10級(jí)機(jī)械三班摘要：1809年，馬呂斯在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。1811年，布儒斯特在 研究光的偏振現(xiàn)象時(shí)發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)定律。在18632873年間，麥 克斯韋在建立了光的電磁學(xué)理論，從本質(zhì)上說(shuō)明了光的偏振象。光的偏振性使 人們對(duì)光的傳播(反射、折射、吸收和散射)的規(guī)律有了新的認(rèn)識(shí)，偏振光在國(guó) 防、科研和日常生活中有著廣泛的應(yīng)用：海防前線用于觀望的偏光望遠(yuǎn)鏡、立 體電影中的偏光眼鏡、光纖通信系統(tǒng)都與偏振光有關(guān)，液晶光開(kāi)關(guān)是根據(jù)其偏 振

2、特性來(lái)完成光交換的技術(shù)，偏振鏡則是數(shù)碼影像的基礎(chǔ)。隨著新概念的飛速 發(fā)展，偏振光成為研究光學(xué)晶體、表面物理的重要手段，偏振光的應(yīng)用與我們 的生活息息相關(guān)。關(guān)鍵詞：偏振光、應(yīng)用和原理、攝影技術(shù)、科學(xué)技術(shù)Polarized light tech no logy and its applicati onsName: Xi Chen XiaStudent ID: 100104303 Class: 10 machine three shiftsAbstract：In 1809, Marius found in the experiments of light polarization. 1811,Bre

3、wster in the study of polarization phenomena found in the experienee of thephenomenon of lightpolarization lawsIn 1863 1873zthe establishment of aMaxwelTs electromagnetic theoryof light, essentially shows the polarization of light likePolarization of the transmitted lightso that people (reflection,

4、refraction, absorptionand scattering) a new un dersta nding oft he law, polarized light in the defense, researchand daily I訐e of a wide range ofapplications: coastal line of polarized light for watchingtelescope, three-dimensionalmovies of polarized glasses, polarized light optical fibercommunicatio

5、n systems andrelated liquid crystal optical switch is done according to itspolarization properties ofoptical switching technology, polarization microscopy is thebasis of digital imaging. Withthe rapid development of new concepts, a study ofpolarized optical crystal, an important means of surface phy

6、sics, the application ofpolarized light with our livesKeywords :polarizati on, application and theory, scie nee and tech no logy引言隨著當(dāng)代科技的快速發(fā)展，偏振光技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)在現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)中起到 重要作用，從本質(zhì)上講，當(dāng)自然光穿過(guò)或投射到某些物體表面后，其投射光或 反射光、散射光可能被限制在某一垂直平面內(nèi)振動(dòng)，而其他方向上的振動(dòng)則被 大大削弱乃至完全消除，這種只在某一平面內(nèi)振動(dòng)的光波被稱為偏振光。在現(xiàn) 代生活中，偏振光應(yīng)用已經(jīng)完全融入我們的生活，我們時(shí)刻都和光學(xué)應(yīng)用

7、有著 密不可分的關(guān)系，這就更加體現(xiàn)了偏振光應(yīng)用對(duì)我們的生活的重要意義。3正文2偏振光的介紹光的干涉和衍射現(xiàn)象揭示了光的波動(dòng)性，光的偏振現(xiàn)象則表明了光及所有 電磁波是橫波。因?yàn)楣獠ㄊ菣M波，所以光波中光矢量的振動(dòng)方向總是和光的傳 播方向相垂直。在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量可能有各種不同的振動(dòng) 狀態(tài)。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),偏振光乂可分為平面偏振光（線偏光）、圓偏振光和橢圓偏振光、部 分偏振光兒種。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 偏振光稱為平面偏振光，若軌跡在傳播過(guò)程中為一直線，故乂稱線偏振光。如 果光波電矢量隨時(shí)間作有

8、規(guī)則地改變，即電矢量末端軌跡在垂直軌跡在傳播過(guò) 程中為一直線，故乂稱線偏振光。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)，這種偏振光就稱為部分偏振光。2光的偏振現(xiàn)象在生活中的應(yīng)用2.1立體電影中的應(yīng)用現(xiàn)在立體電影是很受大家歡迎的。觀看時(shí)，觀眾要戴上一副特制的眼鏡， 而這副眼鏡就是一對(duì)透振方向互相垂直的偏振片。立體電影是用兩個(gè)鏡頭如人 眼那樣從兩個(gè)不同方向同時(shí)拍攝下景物的像，制成電影膠片.在放映時(shí)，通過(guò) 兩臺(tái)放映機(jī)，把用兩臺(tái)攝影機(jī)拍下的兩組膠片同步放

9、映，使這略有差別的兩幅 圖像重疊在銀幕上.這時(shí)如果用眼睛直接觀看，看到的畫(huà)面是模糊不清的.要 看到立體電影，要在每架電影機(jī)前裝一塊偏振片，它的作用相當(dāng)于起偏器從 兩架放映機(jī)射出的光，通過(guò)偏振片后，就成了偏振光.左右兩架放映機(jī)前的偏 振片的透振方向互相垂直，因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直.這 兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處，偏振方向不改變.觀眾用上述的偏 振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應(yīng)的偏振光圖像，即左眼只能看到左機(jī)映岀的 畫(huà)面，右眼只能看到右機(jī)映岀的畫(huà)面，這樣就會(huì)像直接觀看物體那樣產(chǎn)生立體 感覺(jué).這就是立體電影的原理.2.2偏光太陽(yáng)鏡上的應(yīng)用夏天的陽(yáng)光一定給你留下了深刻的影響，

10、那么出門(mén)的時(shí)候太陽(yáng)眼鏡就不得 不帶著了。偏光太陽(yáng)鏡能阻擋令人不舒服的強(qiáng)光，同時(shí)還可以保護(hù)眼睛免受紫 外線的傷害。另一個(gè)重要的保護(hù)機(jī)理就涉及到光的偏振現(xiàn)象。柏油路的反射光 是部分偏振光。偏光鏡片在阻擋反射光時(shí)特別有效，這種鏡片只讓朝一定方向 震動(dòng)的偏振波通過(guò)。對(duì)于道路反光問(wèn)題，使用偏光太陽(yáng)鏡能減少光的透射，因 為它不讓與道路平行震動(dòng)的光波通過(guò)。事實(shí)上，過(guò)濾層的長(zhǎng)分子被導(dǎo)向水平方 向，可以吸收水平偏振光線。這樣，大部分的反射光就被消除掉了，而周圉環(huán) 境的整個(gè)照明度并未減少。2.3攝影技術(shù)里的應(yīng)用2.3.1利用偏振鏡調(diào)節(jié)非金屬表面的亮斑光束投射到平滑的非金屬表面（如光滑的油漆面或綢緞面）時(shí)，一般會(huì)形

11、 成明亮的單向反射光，這種單向反射光往往是畫(huà)面的最高殼度，豐富了畫(huà)面的 影調(diào)，增加了畫(huà)面4的感染力。但是，當(dāng)畫(huà)面中的亮度過(guò)大或者位置不當(dāng)，將妨 礙正確地再現(xiàn)物體表面質(zhì)感或有損整個(gè)畫(huà)面影調(diào)時(shí)，應(yīng)對(duì)殼斑進(jìn)行處理。然后 在照相物鏡前加上偏振鏡，并將偏振鏡旋轉(zhuǎn)到合適的角度拍攝，這樣可以去掉 殼斑，再現(xiàn)物體的質(zhì)感，使整個(gè)畫(huà)面的影調(diào)和色彩符合拍攝者的拍照意圖。2.3.2利用偏振鏡消除、減淡透明物表面的亮斑當(dāng)光束投射到玻璃表面或水面時(shí)，一般容易出現(xiàn)兩種情況：一是表面的單 向反射亮斑，使拍攝時(shí)影像清晰度降低，反差減小。二是表面單向反射亮斑妨 礙拍攝玻璃覆蓋下或水面以下的物體。使用偏振鏡拍攝時(shí)，可以既消除或減弱

12、 表面單向反射光斑，乂可以保留玻璃表面覆蓋下或水面下物體的影像，提高畫(huà) 面的清晰度和影像的質(zhì)量。如在公園清澈的水塘中飄蕩著漂殼的水草，用相機(jī) 拍照的最大問(wèn)題是水表面反射的光線使人看不清水下的水草。根據(jù)布儒斯特定 律，自然光經(jīng)水面反射后是部分偏振光，而在布儒斯特角時(shí)是平面偏振光，水 的折射率為133,相應(yīng)的布儒斯特角為i0=53 o在相機(jī)的鏡頭前加上偏光鏡, 攝影者在岸上將相機(jī)以53左右（估計(jì)）對(duì)準(zhǔn)水面，旋轉(zhuǎn)鏡頭前的偏光鏡，使 其偏振化方向與反射光的偏振面垂直拍照（此時(shí)，在取景器中看到水中的物體 最清楚），則可大大減小反射光的影響，拍到清晰的水草照片。233利用偏振鏡增強(qiáng)彩色影像的色彩飽和度物體

13、表面的單向反射所形成的亮斑，在一定程度上能使畫(huà)面產(chǎn)生較為生動(dòng) 的效果，但這種亮斑同時(shí)也能使該物表面局部失去質(zhì)感，明顯的降低彩色影像 的飽和度。形成這種亮斑的單向反射光，多具有偏振性質(zhì)，運(yùn)用偏振鏡來(lái)減弱 或消除這些亮斑，可以不同程度的甚至明顯的改善影像的色彩飽和度。2.3.4利用偏振光控制天空亮度在現(xiàn)場(chǎng)白晝光的光照條件下進(jìn)行彩色照相，可選擇南北方向、順光方向或 與太陽(yáng)光投射方向成90的藍(lán)色天空為背景，在照相物鏡前套用偏振鏡，轉(zhuǎn)動(dòng) 偏振鏡的軸線方向并觀察影像，直到把天空亮度控制到合適的明亮程度之后再 拍照。這樣，既可降低天空反射光使天空的影調(diào)更藍(lán)、色調(diào)更飽和，可以獲得 較好的效果。2.4在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

14、的應(yīng)用人體組織的偏振性質(zhì)人體組織， 多數(shù)也不是各向同向性的物質(zhì)， 在一些透 明的組織，這種各向異向的特點(diǎn)表現(xiàn)得更為明顯。角膜的雙折射兒乎是線性 的，對(duì)偏振光相位的延遲量在中心處近似為常數(shù)，沿半徑方向向邊緣逐漸增 大，左右眼的延遲性對(duì)稱。角膜基本上不會(huì)對(duì)入射的完全偏振光去偏。晶狀體 的延遲非常小，并且從晶狀體的中心到邊緣逐漸減小。晶狀體的雙折射是線性 的，但是具有沿半徑向外減小的空間相關(guān)性。對(duì)于視網(wǎng)膜的偏振特性是研究最 多的，視網(wǎng)膜的雙折射主要來(lái)自于視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層（RNFL） ,平行和垂直于RNFL偏振反射光山于RNFL的雙折射特性而具有相位差，也就是偏振光相位的 延遲量，這一延遲量與RNFL

15、的厚度成正比。房水作為一種生物體內(nèi)的溶液，也具有旋光性，旋光率與溶液的濃度成正比。對(duì)于房水，主要的可變?nèi)苜|(zhì)是葡萄 糖，所以房水的延遲量是與葡萄糖濃度相關(guān)的。眼科方面：在眼科中的應(yīng)用偏振光的各種性質(zhì)最早被應(yīng)用于眼科，其中最 常用的是利用視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層的雙折射性質(zhì)來(lái)測(cè)量其壓度。視網(wǎng)膜的雙折射 主要來(lái)自于視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層(RNFL),平行和垂直于RNFL偏振反射光山于RNFL的雙折射特性而具有相位差，也就是偏振光相位的延遲量，這一延遲量與RNFL的厚度成正比。Weinreb等人改進(jìn)了掃描激光偏振檢眼鏡，測(cè)量了猴眼的 眼底，并其視網(wǎng)膜神經(jīng)纖維層做了組織學(xué)切片，對(duì)照其厚度與偏振延遲度，Weinreb發(fā)

16、現(xiàn)1度的延遲對(duì)應(yīng)于約7.4 U m的RNFL厚度，并且有很好的線性相 關(guān)性。相應(yīng)的結(jié)果在人體也存在。于是基于雙折射的RNFL厚5度分析開(kāi)始了大規(guī) 模的研究，到H前已經(jīng)有實(shí)用的設(shè)備應(yīng)用于臨床，例如GDx和RTAo對(duì)于角膜 的偏掘特性的研究使角膜的厚度分析也成為可能，山于角膜屈光手術(shù)的飛速發(fā)展，這一類的研究正逐漸成為偏振光研究的熱點(diǎn)。眼球作為一個(gè)透明組織，可 以表現(xiàn)許多的全身疾病癥狀，也可以成為檢測(cè)全身疾病指標(biāo)的一個(gè)窗口。房水 也具有旋光性，旋光率的變化主要山溶解的葡萄糖濃度決定，所以房水的延遲 量是與葡萄糖濃度相關(guān)的，通過(guò)測(cè)量房水的延遲量可以推算出房水中葡萄糖濃 度，也就可以間接測(cè)量血糖濃度。這

17、是一個(gè)完全非侵入性的檢查手段，也為各 種生化檢查打開(kāi)了新的思路。未來(lái)的應(yīng)用可以看出偏振光還有許多誘人的特性 沒(méi)有應(yīng)用在眼科領(lǐng)域。從偏振片的遮光作用到場(chǎng)致雙折射性質(zhì)，以及液晶這一 受控偏振材料。偏振的研究在眼科還是大有所為。2.5鑒別材料方向的應(yīng)用2.5.1夾雜物各向同性與各向異性的鑒別夾雜物按光學(xué)性質(zhì)可分為各向異同性和各兒異性兩大類，這兩類夾雜物可 在偏振光下鑒別。各向同性的夾雜物在正交偏振光下，看到黑暗的消光現(xiàn)象， 在轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)一周(360)時(shí)，其殼度不發(fā)生變化。各向異性的夾雜物在正交偏 振光下不發(fā)生消光現(xiàn)象，在轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)一周(360)時(shí)會(huì)看到四次消光和四次最 亮的現(xiàn)象。對(duì)某些弱各向異性的夾雜物，可使檢偏振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)小的角度 在偏振鏡下完全正交下觀察。在轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)時(shí)，弱各向異性的夾雜物出現(xiàn)兩次 消光和兩次最亮的現(xiàn)象。2.5.2各向異性材料組織的顯示根據(jù)偏振光的反射原理，在各向異性的金屬內(nèi)部山于各晶粒的位向不同， 干涉后的偏振光的振動(dòng)方向的偏轉(zhuǎn)角度不同，在正交的偏振光下則可以顯示出 不同的殼度。具有同樣亮度的晶粒光軸一席話同接近，所以根據(jù)晶粒的明暗程 度還可以判斷晶粒的位向。對(duì)各向異性的金屬磨面經(jīng)拋光后不腐蝕就可以看到 明暗不同的晶粒