偏振光的知識

偏振光的知識姓名：高吉（學號：20070791班級：02130701）你對偏振光了解多少呢？你又對它們的應用了解多少呢？它的應用在我們日常生活中無處不在，在科技領域更是大顯身手。就連一些動物也少不了用偏振光來辨別方向，就讓我來談一談偏振光的原理。我們已經知道，光波是橫波，即光振動方向垂直于光的傳播方向.但在垂直于光傳播方向的平面內，光振動還可能有多種可能的取向，或說電場強度（與磁感應強度）在這樣的平面內還可以在方向和大小上作多種可能的變化.光在傳播中會表現出與光的橫向振動狀態(tài)有關的特性.反映光的這種特性的現象稱為光的偏振現象.這是橫波所特有的現象，縱波就沒有偏振現象。早在17世紀人們就觀察到光的某些偏振現象，例如方解石晶體的雙折射現象，然而當時光的波動理論尚未完善建立，也就不知道這種現象意味著光波是橫波，直到T.楊和A.J.菲涅耳發(fā)展完善了光的波動理論，并提出光波是橫波；J.C.麥克斯韋發(fā)展了電磁理論，肯定了光是電磁波，人們才對光的偏振現象有了深入的了解.正如光的干涉和衍射現象揭示了光的波動性，光的偏振現象則表明了光及所有電磁波是橫波。光振動的方向特性，即光的偏振性。根據光矢量對傳播方向的不對稱情形，光可分為線偏振光、自然光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光。在自然狀態(tài)下發(fā)光體中的大量分子原子先后間歇發(fā)光時，光振動在垂直于光傳播方向-的平面內不論是振動的方向或是振幅的大小都是隨機變化的，各方向有相同的概率，沒有哪個方向占有優(yōu)勢，這樣的光波稱為自然光或非偏振光.作為一種示意圖，自然光的光振動可以用圖1表示.在自然光中，各個方向的光振動之間沒有固定的相位關系.我們研究光的偏振性質時，常在垂直于光傳播方向的平面內把光振動分解為兩個相互垂直方向的分振動.對于自然光，在任意取定的兩個相互垂直的方向上分解出的兩個分振動都有相同的振幅，但無固定的相位關系。如圖2圖1光波的光振動滿足確定規(guī)律的光，稱為偏振光。當一束光中只有一個固定方向的光振動時，稱為線偏振光或平面偏振光，如圖3所示。包含光振動方向與光傳播方向的平面稱為振動面.除線偏振光外，還有圓偏振光和橢圓偏振光。它們都可以看作是兩個振動面相互垂直的、有一定相位差的線偏振光的疊加。將自然光轉換成偏振光的過程稱為起偏。光傳播中發(fā)生的某些過程可以產生起偏的作用，根據這些過程的原理制成的光學器件可以人工實現起偏。這樣的光學器件稱為起偏器.常用的一種能產生線偏振光的器件稱為偏振片.它是用只允許某個方向的光振動通過的高分子薄膜膠合在特制的無應力平玻璃片之間制成的.這層高分子薄膜是經過拉伸并碘化的聚乙烯醇薄膜，使其中碳氫化合物分子沿拉伸方向成為含碘的長鏈.當光照射到偏振片上時，與分子長鏈方向平行的光振動分量被吸收，與鏈垂直的光振動分量可以透過.偏振片的這個與分子鏈垂直的方向稱為偏振化方向.當自然光垂直入射到偏振片上時，透射光為光振動沿偏振化方向的線偏振光，當以光的傳播方向為軸旋轉偏振片時，透射光的光振動方向隨之旋轉且光強不變.一般情況下，人的眼睛不能辨認透射光是自然光還是偏振光.要檢驗透射光是不是線偏振光，可以在偏振片P1的透射光路中再放入一塊偏振片P2O以光的傳播方向為軸，將偏振片七旋轉一周，可觀察到透過P2的光強有兩次明兩次暗的變化.偏振片P2稱為檢偏器.當P2與P1的偏振化方向相互平行時，透過P2的光強最大；當P2與P1的偏振化方向相互垂直時，透過P2的光強為零。這表明透過P1的光是線偏振光.用E0和I0表示線偏振光（例如透過P1的光）的振幅及光強.當P2的偏振化方向與線偏振光的振動方向間的夾角為。時，透過P2的光振幅的大小為E0cosB,由于光強度正比于振幅的二次方，所以透過P2的光強為：I=locos20o這個關系稱為馬呂斯定律（E.L.馬呂斯，1775?1812，法國工程師），它表達了線偏振光透過偏振片前后光強間的關系。原理如下圖：靖報片的陳用白一個用作起偏器*另一個作為檢偏器.偏振光還有很多其他應用：日本奈良尖端科技研究生院的大門寬教授應用“圓偏振光光電子衍射原理”開發(fā)成功立體顯微鏡，能夠把原子的排列結構擴大100億倍，從而使人得以對微觀世界的物質進行立體性的觀測和攝影。這是在世界上第一次對物質的原子結構進行高倍率的觀測，它的觀測倍率要比現有最高水平的電子顯微鏡提高大約200倍，今后在開發(fā)超導物質等新功能材料及解析催化劑的反應機制等應用物理和化學領域將會發(fā)揮重要作用。鳥類具有一種磁場感知系統(tǒng)，一種是能把偏振光轉化為可見光，從而起到指南針的作用。蜜蜂復眼的每個單眼中相鄰地排列著對偏振光方向十分敏感的偏振片，可利用太陽準確定位?？茖W家據此原理研制成功了偏振光導航儀，早已廣泛用于航海事業(yè)。TN液晶顯示器的原理：TN液晶顯示器是在一對平行放置的偏光板間填充了液晶。這一對偏光板的偏振光方向是相互垂直的。液晶分子在偏光板之間排列成多層。在正常情況下光線從上向下照射時，通常只有一個角度的光線能夠穿透下來，通過上偏光板導入上部夾層的溝槽中，再通過液晶分子扭轉排列的通路從下偏光板穿出，形成一個完整的光線穿透途徑。當液晶分子豎立時光線就無法通過，結果在顯示屏上出現黑色。這樣會形成透光時為白、不透光時為黑，字符就可以顯示