偏振光的淺析及汽車構(gòu)造及原理(英文版)

偏振光淺析摘要：本文主要探討有關(guān)偏振光的理論以及產(chǎn)生偏振光的常見方法.關(guān)鍵詞：偏振光；Brewster定律；Malus定律；雙折射光的偏振現(xiàn)象從發(fā)現(xiàn)至今已300余年，當(dāng)今在各個(gè)領(lǐng)域具有相當(dāng)廣泛的運(yùn)用.從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面透徹了解偏振光及產(chǎn)生偏振光的機(jī)理，無論是對(duì)于光學(xué)的學(xué)習(xí)還是相關(guān)研究都具有十分重要的意義.光的偏振偏振的發(fā)展史光的偏振最早是IsaacNewton在1704~1706年間引入光學(xué)的；光的偏振這一術(shù)語是Malus在1809年首先提出的，并在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象；Maxwell在1865~1873年間建立了光的電磁理論,從本質(zhì)上說明了光的偏振現(xiàn)象.偏振光的定義光在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，包含一切可能方向的橫振動(dòng)，且平均說來任一方向上具有相同的振幅，這種橫振動(dòng)對(duì)稱于傳播方向的光稱為自然光（非偏振光）.凡其振動(dòng)失去這種對(duì)稱性的光統(tǒng)稱偏振光.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)象稱為光的偏振.Maxwell從理論上證明了光波的電矢量E和磁矢量H都垂直于光波的傳播方向，即光是橫波.另外，只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，故光的偏振是光的波動(dòng)性的又一例證.偏振光的分類按照其性質(zhì),偏振光可分為平面偏振光（線偏振光）、圓偏振光和橢圓偏振、部分偏振光幾種.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，因其電矢量的末端軌跡在傳播過程中為一直線，故又稱線偏振光.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.偏振的有關(guān)理論Brewster定律自然光經(jīng)介質(zhì)的發(fā)射折射或吸收后，產(chǎn)生出的光波電矢量振動(dòng)在某一方面具有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)偏振光.當(dāng)自然廣以一般入射角射到折射率為n的介質(zhì)表面時(shí)，其反射光是部分偏振光；當(dāng)自然廣以特殊角度i0（即Brewster角）入射到介質(zhì)表面時(shí)，其反時(shí)光就是完全偏振光.Brewster角與截至折射率有如下關(guān)系：Malus定律Malus在1809年發(fā)現(xiàn)，完全線偏振光通過檢偏器后的光強(qiáng)可表示為I1=I0·cos2α其中的是檢偏器的偏振方向和入射線偏振光的光矢量振動(dòng)方向的夾角.產(chǎn)生偏振光的方法非金屬鏡面的反射.通常自然光在兩種媒質(zhì)的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.并且當(dāng)入射角增大到某一特定值α0時(shí)，鏡面反射光成為完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面，如圖所示，這時(shí)入射角α0稱為Brewster角，也稱為起偏角.由Brewster定律得：其中、分別為兩種介質(zhì)的折射率，為相對(duì)折射率.多層玻璃片的折射.當(dāng)自然光以Brewster角入射到由多層平行玻璃片重疊在一起構(gòu)成的玻璃片堆上時(shí)，由于在各個(gè)界面上的反射光都是振動(dòng)面垂直入射面的線偏振光，故經(jīng)過多次反射后，透出來的透射光也就接近于振動(dòng)方向平行于入射面的線偏振光.利用偏振片的二向色性起偏.將非偏振光變成偏振光的過程稱為起偏.某些有機(jī)化合物晶體具有二向色性，它往往吸收某一振動(dòng)方向的入射光，而與此方向垂直振動(dòng)的光則能透過，從而可獲得線偏振光.利用這類材料制成的偏振片可獲得較大截面積的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能達(dá)到一定的偏振度.利用晶體的雙折射起偏.自然光通過各向異性的晶體時(shí)將發(fā)生雙折射現(xiàn)象，雙折射產(chǎn)生的尋常光（o光）和非常光（e光）均為線偏振光.o光光矢量的振動(dòng)方向垂直于自己的主截面；e光光矢量的振動(dòng)方向在自己的主截面內(nèi).方解石是典型的天然雙折射晶體，常用它制成特殊的棱鏡以產(chǎn)生線偏振光.常見的起偏元件光學(xué)棱鏡（利用光學(xué)雙折射的原理制成）Nicol棱鏡Nicol棱鏡是將兩塊根據(jù)特殊要求加工的方解石棱鏡用特種樹膠粘合成一體的長(zhǎng)方形柱形棱鏡（如圖所示）.自然光射入第一棱鏡的端面后，分成尋常光o與非常光e.由于所選用的樹膠的折射率（n=1.55）介于方解石對(duì)o光的折射率（n.＝1．658）和對(duì)e光的主折射率（ne=1．486）之間.當(dāng)入射方向與Nicol棱鏡長(zhǎng)邊方向之間的夾角小于14°時(shí)，o光由方解石射到樹膠層時(shí)，入射角已超過臨界角，o光將發(fā)生全反射而不能穿過樹膠層，全反射的o光被涂黑的側(cè)面所吸收.至于非常光不發(fā)生全反射，大部分能量透過樹膠層并穿過第二棱鏡射出，出射的偏振光的振動(dòng)面在棱鏡的主平面內(nèi)，圖中右邊畫短線的直線所示.這樣，用Nicol棱鏡便可獲得光振動(dòng)在主平面上的偏振光.當(dāng)入射方向與Nicol棱鏡長(zhǎng)邊方向之間的夾角大于14°時(shí)，不能將o光與e光分開.Wollaston棱鏡Wollaston棱鏡是由兩方解石直角棱鏡膠合而成，由自然光可得兩束分開的線偏振光.方解石

no

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ne，光從棱鏡1進(jìn)入棱鏡2時(shí)，o光變e光（光密→光疏），e光變o光（光疏→光密），前者折射角大于入射角，后者折射角小于入射角，二者分開.進(jìn)入空氣后均是由光密→光疏，得到進(jìn)一步分開的二束線偏振光.Glan-Thompson棱鏡Glan-Thompson棱鏡由兩個(gè)方解石直角棱鏡膠合而成，光軸的取向使o光、e光對(duì)應(yīng)的恰是no、ne兩個(gè)主折射率.no

(1.6584)＞n(1.55)＞ne(1.4864)光在第二個(gè)棱鏡中是o光，它由光密→光疏，且i＞臨界角故在交界面全反射，并被涂層吸收.光在第一個(gè)棱鏡中是e光，它由光疏→光密，不會(huì)全反射而折射進(jìn)入樹膠和第二個(gè)棱鏡.該棱鏡的作用是使e光不偏離入射方向.偏振片(由自然光獲得線偏振光的平面片狀器件)微晶型：利用晶體的二向色性（對(duì)某一方向的光振動(dòng)有強(qiáng)烈吸收）起偏，如把硫酸碘奎寧的針狀粉末定向排在透明的