1、大學物理小論文偏振光的原理及其應用學院：電子信息工程學院班級：通信1005班姓名：吳劼剛學號：10211124序號：8偏振光的原理及其應用1、初步認識偏振光在高中的時候便學習了偏振光，了解了偏振光是一種橫波，即振動方向和傳播方向垂直，而且偏振光的振動方向是一定的，這樣當我們在光的傳播方向上設上限制其振動方向的“路障”偏振片時，只有符合偏振片的振動方向的偏振光才能通過，當時老師講課的時候給了我們兩塊玻璃片，讓我們將這兩塊玻璃片平行的放在一起，然后改變他們的角度組合，這時我們便會發現當我們轉動玻璃片時，透過玻璃片的光的亮暗也會隨之改變，最暗的時候兩塊原本透明的玻璃片都變成了純黑發的。一開始還不知道

2、原理，覺得特別神奇，為什么明明是透明的玻璃片會不透光呢，老師講解以后才恍然大悟，原來這兩塊和普通的玻璃片不一樣，它們是偏振片，在偏振片上會有非常細的平行細縫，當自然光通過第一塊偏振片時變成為了偏振光，振動方向和細縫保持一致，當通過第二塊偏振片時，如果偏振光的振動方向和第二塊偏振片的細縫方向一樣時，光會完全透過，轉動偏振片，振動方向和細縫方向的角度會增大，那么透過兩塊偏振片的光的亮度也會隨之降低，直到角度為90，光就完全無法透過了即兩塊偏振片變成了不透明的了。雖然知道了原理但還是覺得偏振光挺好玩的，后來也知道了偏振光的諸多用途，打了大學以后，自己也動手查了很多資料，對偏振光的原理和用途有了一個更

3、全面更深入的了解。2、偏振光的定義及分類2.1偏振光的定義：在一般光源中包含著各個方向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等(軸對稱)，這樣的光叫自然光。偏振光是指光矢量的振動方向不變或具有某種規則地變化的光波。偏振光是光矢量不均勻分布造成的。我們把這種振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振。2.2偏振光的分類：均勻偏振光：根據光波電矢量的端點在波面內描繪的軌跡的形狀，來對偏振光的種類進行劃分，大致可以把偏振光分為：線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光這幾種，而線偏振光和圓偏振光都可以看作是橢圓偏振光的特殊情形。非均勻偏振光：非均勻偏振光的偏振態較為復雜，如徑向偏振光，是電矢量振動方向在光束橫截面

4、上具有軸對稱性 ,始終沿著徑向的一種偏振光。如下圖：圖一：徑向偏振光的電場分布其電場數學表達式為： （其中）為徑向單位矢量。3、偏振光的產生3.1將自然光轉化為偏振光的方法有很多種，常用的有以下幾種：(1)利用偏振片的二向色性將自然光轉化為偏振光通常而言，這種方法是最簡單的方法。所謂二向色性，就是指某些物質能吸收某一方向的光振動，而只讓與這個方向垂直的光振動通過。利用偏振片獲得偏振光的方法就是利用了偏振片的二向色性。(2)利用反射、折射原理產生偏振光空氣玻璃圖二：通過反射和折射產生偏振光的光路圖利用圖中的方法，可以獲得反射偏振光和折射偏振光。其中反射光為部分偏振光，形成偏振光的特點是：垂直于入

5、射面的振動大于平行于入射面的振動。折射光也為部分偏振光，特點是：平行于入射面的光大于垂直于入射面的光。對于一般的光學玻璃 , 反射光的強度約占入射光強度的7.5%，大部分光將透過玻璃。所以運用多個平行的玻璃片組成的玻璃片堆可以得到線偏振光。(3)利用晶體雙折射產生偏振光這是通過晶體特性以及雙折射的原理產生偏振光的方法。以方解石晶體為例，當光束通過晶體時會發生雙折射現象，產生尋常光和非尋常光。其中尋常光是符合折射定律的光線，非尋常光則不符合折射定律。通過實驗證明，尋常光線和非常光線都是偏振光。3.2其他方法因為在科學研究中和日常生活中仍然有許多其他方法可以產生偏振光。在此，具體針對橢圓偏振光和徑

6、向偏振光的產生方法做出具體分析。（1）橢圓偏振光的產生1橢圓偏振光是兩列頻率相同 ,振動方向互相垂直 ,且沿同一方向傳播的線偏振光的合成。其電矢量的端點在波面內描繪的軌跡為一橢圓。要獲得一般的橢圓偏振光,只需令自然光連續通過一個起偏器和一個波晶片。起偏器將自然光變為線偏振光 ,波晶片將線偏振光分解尋常光和非常光 ,由于它們在晶體內的傳播速度不同 ,產生了一定的位相差,射出晶片之后 ,尋常光和非常光合成在一起便得到橢圓偏振光。把射出晶片的兩個分量寫成： （1）由(1)式有： （2） （3）由（2）、（3）式可得：可知，這是一個橢圓方程,所以運用這種合成的方法可以得到橢圓偏振光，并且在更特殊的情況

7、下可以得到圓偏振光。(2)徑向偏振光的產生21、C - cut Nd : YVO4 晶體的雙折射產生徑向偏振光Kazuhiro Yonezawa等人設計的一種在激光腔內直接產塵徑向偏振光的簡單裝置 ,如圖三所示。激光腔由 (凹透鏡 ,C -晶軸 ,輸出耦合器) 。三個部分組成 Nd : YVO4 被置于 C - 晶軸內 ,Nd :YVO4 晶片有正雙折射效應 ,而對波長為 1. 065m的 o 光和 e 光折射率分別為 no = 1. 9573 和 nex = 2. 1652。當光線通過雙折射晶體時 ,不論是發散還是匯聚 ,因折射率不同 ,o 光和e 光仍將沿不同路徑傳播。諧振腔由平面鏡和凹透

8、鏡組成 ,且鏡間間距近似等于凹透鏡的半徑 ,由于 e 光在晶體表面比o 光折射得更厲害 ,e 光的穩定諧振長度限將比 o 光長。因此 ,將產生一段 e 光穩定而 o 光不穩定的諧振腔長度范圍。當諧振腔的長度稍大于凹透鏡的半徑時 ,在此諧振腔中將僅有 e 光能穩定振蕩。而 e 光對應于徑向偏振光束 ,這樣就得到了徑向偏振光束。這種方法產生的徑向偏振光束即使在較低功率輸出下也相當穩定 ,而且由于其構造極其簡單 ,有望被作為徑向偏振激光源。2、圓錐形布魯斯特棱鏡產生徑向偏振光Uichi Kozawa 和 Shunichi Sato設計了布魯斯特光學元件 ,如圖四所示 ,來實現可靠的更高穩定性的徑向偏

9、振光。布魯斯特光學元件由凸棱鏡及凹棱鏡組成 ,它可從 Nd : YAG激光諧振腔內直接產生徑向偏振光束。為傳輸激光 ,此光學元件構成的凸棱鏡和凹棱鏡的頂角的設計滿足布魯斯特條件。凸棱鏡的側面涂上了多層電介質層 (圖 4 ) ( SiO2 和Ta2O5)以提高偏振選擇性。當此棱鏡用于 Nd : YAG激光諧振腔內 ,產生了 TEM01(R - TEM01) 模式偏振光。他們通過實驗觀察到了這個簡單布魯斯特棱鏡產生的徑向偏振光。圖三 徑向偏振光發生器示意圖 圖四 圓錐形布魯斯特棱鏡4、偏振光的應用4偏振光在生活中的應用 1、在攝影鏡頭前加上偏振鏡消除反光 在拍攝表面光滑的物體，如玻璃器皿、水面、陳

10、列櫥柜、油漆表面、塑料表面等，常常會出現耀斑或反光，這是由于光線的偏振而引起的。在拍攝時加用偏振鏡，并適當地旋轉偏振鏡面，能夠阻擋這些偏振光，借以消除或減弱這些光滑物體表面的反光或亮斑。要通過取景器一邊觀察一邊轉動鏡面，以便觀察消除偏振光的效果。當觀察到被攝物體的反光消失時，既可以停止轉動鏡面。 2、攝影時控制天空亮度，使天空變暗。由于藍天中存在大量的偏振光，所以用偏振鏡能夠調節天空的亮度，加用偏振鏡以后，藍天變的很暗，突出了藍天中的白云。偏振鏡是灰色的，所以在黑白和彩色攝影中均可以使用。 3、使用偏振鏡看立體電影 在觀看立體電影時,觀眾要戴上一副特制的眼鏡,這副眼鏡就是一對透振方向互相垂直的

11、偏振片。立體電影是用兩個鏡頭如人眼那樣從兩個不同方向同時拍攝下景物的像,制成電影膠片。在放映時,通過兩個放映機,把用兩個攝影機拍下的兩組膠片同步放映,使這略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上。這時如果用眼睛直接觀看,看到的畫面是模糊不清的,要看到立體電影,就要在每架電影機前裝一塊偏振片,它的作用相當起偏器。從兩架放映機射出的光,通過偏振片后,就成了偏振光。左右兩架放映機前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而產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,偏振光方向不改變。觀眾用上述的偏振眼鏡觀看,每只眼睛只看到相應的偏振光圖象,即左眼只能看到左機映出的畫面,右眼只能看到右

12、機映出的畫面,這樣就會像直接觀看那樣產生立體感覺。這就是立體電影的原理。 4、偏振光眼鏡同立體電影的眼鏡類似。它是釣具輔助具之一。指釣者在釣魚時用于觀察水面、浮漂時，可消除浮漂、水面反光的特種眼鏡。該鏡還可防止陽光刺眼。其鏡片顏色有茶色、灰色和墨綠色。其原理是在光波中有自然光和偏振光兩種。自然光的電磁波是向四面八方振動的，即所謂出現光線的濫反射。這樣，釣者用肉眼和普通太陽鏡觀察水面上的浮原時會出現倒影，加上水面波紋閃動反光，很難看清浮漂。而偏振鏡片中間的膠膜內含有無數細小的桿狀晶體，均朝一個方向順序均勻地排列，故通過偏振眼鏡后的光線只能朝一個方向振動。 5、液晶顯示“扭曲向列型液晶顯示器”簡稱

13、“tn型液晶顯示器”。向列型液晶夾在兩片玻璃中間。這種玻璃的表面上先鍍有一層透明而導電的薄膜以作電極之用。這種薄膜通常是一種銦和錫的氧化物，簡稱ito。然后再在有ito的玻璃上鍍表面配向劑，以使液晶順著一個特定且平行于玻璃表面之方向排列。利用電場可使液晶旋轉的原理，在兩電極上加上電壓則會使得液晶偏振化方向轉向與電場方向平行。 因為液態晶的折射率隨液晶的方向而改變，其結果是光經過tn型液晶盒以后其偏振性會發生變化。我們可以選擇適當的厚度使光的偏振化方向剛好改變。那么，我們就可利用兩個平行偏振片使得光完全不能通過。若外加足夠大的電壓V使得液晶方向轉成與電場方向平行，光的偏振性就不會改變。因此光可順利通過第二個偏光器。于是，我們可利用電的開關達到控制光的明暗。這樣會形成透光時為白、不透光時為黑，字符就可以顯示在屏幕上了。 4偏振光在研究中的應用1、偏振光顯微鏡在光學顯微鏡的光學系統中插入了起偏振鏡和檢偏振器，用以檢查樣品的各向異性和雙折射性的顯微鏡。起偏振鏡和檢偏振器都是由偏光棱鏡或偏光板的尼科耳棱鏡制成。前者