偏振光的原理和應(yīng)用

偏振光的原理和應(yīng)用光的偏正在生活中被人們廣泛的利用，尤其是攝影和電影效果的制作中。筆者結(jié)合偏振光的知識(shí)對(duì)偏振光在生活中的運(yùn)用給予簡(jiǎn)單的介紹，并簡(jiǎn)單解釋其中原理,希望可以給讀者一定的幫助。本文主要介紹偏振光在攝影和偏振鏡,3D電影和3D眼鏡方面的原理和運(yùn)用。一、偏振光的原理光是一種電磁波,和所有的電磁波一樣它是一種橫波。而振動(dòng)方向和傳播方向構(gòu)成的平面叫做振動(dòng)面,光的振動(dòng)面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或線偏振光。而一般的光源發(fā)出的光，它的振動(dòng)面不只限于一個(gè)固定方向而是方向均勻分布的，這種光叫做自然光。而橫波具有偏振性，振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振,光波電矢量振動(dòng)的空間分布對(duì)于光的傳播方向失去對(duì)稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振，振動(dòng)失去這種對(duì)稱性的光稱為偏振光。通過(guò)試驗(yàn)我們可以觀察這種偏振光，這個(gè)試驗(yàn)的原理如圖：（如圖1）P1、P2（P1為起偏器P2為檢偏器）是兩塊同樣的偏振片。通過(guò)一片偏振片P1直接觀察自然光（如燈光或陽(yáng)光）,透過(guò)偏振片的光雖然變成了偏振光，但由于人的眼睛沒(méi)有辨別偏振光的能力，故無(wú)法察覺(jué)。如果我們把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨著P2轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)周期性的變化，而且每轉(zhuǎn)過(guò)90。就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度從最大逐漸減弱到最暗;繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)P2則光強(qiáng)又從接近于零逐漸增強(qiáng)到最大。由此可知，通過(guò)P1的透射光與原來(lái)的入射光性質(zhì)是有所不同的，這說(shuō)明經(jīng)P1的透射光的振動(dòng)對(duì)傳播方向不具有對(duì)稱性。偏振片對(duì)自然光的作用是把具有各方向均勻分布的振動(dòng)面的自然光變成只有一個(gè)震動(dòng)方向的偏振光。其中偏振片中存在著某種特征性的方向，叫做偏振化方向。偏振片只允許平行于偏正化方向的光通過(guò)，所以我們可以得到只有1個(gè)方向振動(dòng)的偏振光。同理我們用P2去檢查P1中通過(guò)的偏振光，當(dāng)P2和P1的偏振化方向平行時(shí)，我們可以看到偏振光完全通過(guò),當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)P2時(shí)、我們會(huì)發(fā)現(xiàn)通過(guò)P2的光強(qiáng)度變暗，轉(zhuǎn)到90度時(shí)最暗,相當(dāng)于P2完全擋住了P1過(guò)來(lái)的偏正光。所以我們常用偏振光的這個(gè)原理去屏蔽一些對(duì)于工作有害的光線。二、偏振光在生活中的應(yīng)用在攝影中,為了在攝影中滿足在不同條件下的拍攝要求和得到最好的攝影藝術(shù)效果,一般在攝像機(jī)前面加上不少鏡片,其中就有偏振鏡片。許多偏振光在攝影中是有害的。玻璃表面的反射光，使我們拍攝不到玻璃櫥窗里面的東西，水面的反射光使我們拍攝不到水中的魚(yú)，樹(shù)葉表面的反射光使樹(shù)葉變成白色等。晴空的藍(lán)天在與太陽(yáng)方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光，它使藍(lán)天變的不那么幽深。如果消除了這些偏振光,許多照片會(huì)顯得顏色更加飽和，畫(huà)面更加清晰。這里介紹布儒斯特角，當(dāng)自然光在兩種媒質(zhì)的界面處反射和折射,當(dāng)入射角9滿足tan9=N1/N2時(shí)（N1N2分別為介質(zhì)入射邊和折射邊的折射率）,反射光成為振動(dòng)方向垂直于入射面的線偏振光，這個(gè)規(guī)律稱布儒斯特定律,9稱為布儒斯特角或起偏角，而折射光為部分偏振光。我們通常利用這點(diǎn)得到為線偏振光的反射光。在拍攝過(guò)程中我們需要從布儒斯特角的方向進(jìn)行拍攝,然后用能夠?yàn)V除偏振光的偏振鏡。把偏振鏡裝到鏡頭的前端，仔細(xì)旋轉(zhuǎn)偏振鏡，使得有害眩光減至最小甚至消失，這樣就能拍攝出沒(méi)有眩光的照片了。以下圖片來(lái)至無(wú)忌論壇《線偏振鏡（PL）和圓偏振鏡（CPL）的原理與使用》可供大家參考：（如圖2）同種4幅圖可以看到通過(guò)偏振鏡片的作用可以屏蔽有害的反射光從而得到更好的效果。那么關(guān)于3D電影和3D眼鏡理解起來(lái)就比較簡(jiǎn)單。3D眼鏡需要配合3D電影才有用的，看普通電影是沒(méi)有用的。通過(guò)光的偏振處理的，處理過(guò)的光具有偏振方向，但我們看起來(lái)還是原來(lái)的光。再通過(guò)偏振鏡片，偏振方向相同的光可以通過(guò)，不同的光不可以通過(guò)°3D電影拍攝的時(shí)候，是在不同角度。放兩臺(tái)攝像機(jī)一起拍攝,放映的時(shí)候兩組畫(huà)面經(jīng)過(guò)不同偏振方向的處理后，疊加投射到銀幕上。如果這時(shí)候你不帶3D眼鏡，你看上去是兩組畫(huà)面模糊在一起。如果帶上3D眼鏡，因?yàn)槠耒R片的過(guò)濾,左右眼看到的是不同畫(huà)面。原理如圖:（如圖3）3D眼鏡是2塊不同的偏振片組成的,通過(guò)偏振鏡片的過(guò)濾，我們就可以在左右眼看到不同的影像，從而在人腦中形成拍攝時(shí)的立體圖像。我發(fā)現(xiàn):光的偏振在生活中有各種各樣的用途，也具有很大的發(fā)展前景。它廣泛的用于攝影、拍照、交通工具、建筑等領(lǐng)域