淺談偏振光的產(chǎn)生和應(yīng)用

摘 要：光的偏振是一種物理現(xiàn)象。隨著時代的發(fā)展，光的偏振現(xiàn)象被越來越多的人熟知和應(yīng)用。光的偏振現(xiàn)象也使得人類對光傳播的規(guī)律理解更進(jìn)一步，是人類在光學(xué)研究中一大突破。現(xiàn)階段，偏振光已廣泛應(yīng)用于國防，科研，生產(chǎn)和生活之中。本文對于偏振光的產(chǎn)生和應(yīng)用進(jìn)行了一定的闡述。

關(guān)鍵詞：光的偏振 偏振狀態(tài) 偏振光

一、偏振光的定義及分類

（一）偏振光的定義

通常，光的矢量被包含在光源的所有方向上，并且它的振幅在所有可能的方向上都是相等的，這種光被稱為自然光。而偏振光指的是其振動方向恒定，或者是具有一定規(guī)律性的光矢量。偏振光的產(chǎn)生是由于光矢量分布不均勻。

（二）偏振光的分類

完全偏振光：根據(jù)光波電矢量端部波前軌跡形狀的不同，偏振光大致可分為平面偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光三種類型。平面偏振光和圓偏振光都屬于橢圓偏振光，是它的一種特殊存在形式。橢圓偏振光和圓偏振光能夠看成是具有恒定相位關(guān)系和垂直振動方向的兩個線偏振光的組合。

部分偏振光：部分偏振光的偏振態(tài)相對于完全偏振光的偏振態(tài)來說要更加復(fù)雜一些。簡單來說，在垂直于光傳播方向的平面上，含有各種振動方向的光矢量，如果光振動在某一方向更顯著，使得光的偏振態(tài)并不均勻，這時就會產(chǎn)生部分偏振光。不難看出，部分偏振光其實是自然光和完全偏振光的疊合。

二、常用的偏振光產(chǎn)生方法

方法一：可以通過反射、雙折射、多重折射和選擇性吸收等幾種方法來獲得平面偏振光。反射光為完全偏振光，其特征是平行于入射平面的振動比垂直于入射平面的振動小一些。折射光是部分偏振光。一般光學(xué)玻璃具有以上的特性。因此，利用多個平行玻璃片就可以獲得平面偏振光。

方法二：使用偏振片產(chǎn)生偏振光。偏振片可以吸收垂直振動的光，是一種采用特殊方法制造的薄膜，它具有二色性。這意味著某些物質(zhì)可以吸收光在某一方向上的振動，并且只允許垂直于光的振動方向的通道。因此，可以利用偏振膜的二色性來獲得偏振光。當(dāng)自然光從偏振器穿過時，透射光變成平面偏振光。偏光片很容易制造，它是一種被廣泛使用的偏振器。

方法三：使用晶體雙折射產(chǎn)生偏振光

例如，在方解石晶體中，當(dāng)光束穿過晶體產(chǎn)生普通光和不尋常光時，雙折射就發(fā)生了。這是因為普通光遵循折射定律，而不尋常的光并不遵循折射定律。實驗表明，普通光和非尋常光這兩種光都屬于偏振光的一種。

三、偏振光的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于人們對偏振光認(rèn)識的不斷完善，科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，偏振光在我們的生產(chǎn)生活中得到了廣泛的應(yīng)用。

（一）偏振光在日常生活中應(yīng)用

1、偏振光可以使人們觀看立體電影

立體膠片由兩個攝像機(jī)組成。兩個相機(jī)同時拍攝同一個物體的兩張照片，并且在顯示影片的同時在屏幕上顯示這兩幅肖像。在影片放映的時候，如果在每個投影儀鏡頭上放置偏振器，則來自兩個投影儀的光通過偏振器并變成偏振光。此時，觀眾將由偏振器制成的眼鏡佩戴上，每只眼睛對應(yīng)的偏振器的偏振方向與相應(yīng)的投影儀的偏振方向一致。如此一來，每只眼睛只能看到相應(yīng)的偏振圖像。通過這種方式，觀眾觀看電影時，立體的感覺就會產(chǎn)生，這也就是3D電影的原理。

2、偏振光在駕駛中的應(yīng)用

汽車的前照燈和前車窗玻璃使用偏振光玻璃的話，就可以防止強(qiáng)光的照射，保障駕駛員安全駕駛。當(dāng)一輛車在夜間行駛時，前燈發(fā)出強(qiáng)烈的光，使汽車對面的司機(jī)睜大眼睛，因為它們太過刺眼。這將嚴(yán)重影響駕駛員夜間行車的安全。如果玻璃的偏振正好垂直于光的振動，則駕駛員可以看到由汽車的光反射的物體。同時也可以避免對面汽車發(fā)出的的強(qiáng)光，使得夜間駕駛更安全。此外，在陽光普照的日子里，司機(jī)道路或路側(cè)建筑物經(jīng)常反射的光線干擾。由于光是橫波，所以影響駕駛員視覺的散射光大部分在水平方向上振動。因此戴偏光太陽鏡來抵抗一部分散射光也是駕駛員的不二選擇，能夠給駕駛證的安全駕駛帶來一定的保障。

3、偏振現(xiàn)象在攝影中的應(yīng)用

在攝影中，為了在不同的自然條件下獲得滿意的照片，通常會使用不同的鏡頭或者加一個鏡片，其中有一種鏡片就是偏光鏡。偏光鏡有一個用途就是可以更好地拍攝水中的各種物體。例如，攝影師想要拍攝水中的魚，此時相機(jī)最大的問題是水面反射的光線攝影師看不見水下的魚。在透鏡前面放置一個偏振器，攝影師將相機(jī)對準(zhǔn)海岸上大約53度，并在透鏡前面旋轉(zhuǎn)偏振器，使得偏振方向垂直于反射光的偏振平面。這能夠?qū)⒎瓷涔獾挠绊懡档阶畹?，最終得到清晰的魚的圖像。

4、液晶顯示器的使用

液晶顯示器是一種具有光偏振調(diào)制功能的信息顯示設(shè)備。它的主要結(jié)構(gòu)是兩個對齊玻璃板之間注入液晶分子，在透明電極用于施加電場，將改變液晶內(nèi)部分子的排列順序。由此改變液晶分子的光電性質(zhì)，從而對光進(jìn)行調(diào)制。上、下玻璃基板的每一側(cè)增加偏振器，以解調(diào)輸出光強(qiáng)。光源發(fā)出的光在液晶顯示器的入射偏振片通過時，自然光就會轉(zhuǎn)變成平面偏振光。并且在沒有外部電場施加到液晶盒的情況下，入射偏振光會沿液晶分子的方向旋轉(zhuǎn)。顯示屏輸出暗狀態(tài)是因為操作模式在正常黑的狀態(tài)時，偏振光會被出口偏振器吸。由于液晶分子影響不到入射偏振光的偏振態(tài)，并且與出口偏振器穿透軸的方向保持一致。如此一來，明亮的狀態(tài)也可以通過出口偏振器形成。所以可以通過對于電壓的調(diào)整獲得明暗對比顯示的效果。

5、生物生理機(jī)能

人眼并不能直接分辨光的偏振狀態(tài)，但有些昆蟲的眼睛對光的偏振現(xiàn)象十分的敏銳。例如，蜜蜂一共有五只眼睛，包括三只單眼和兩只復(fù)眼，并且每只眼睛上還有數(shù)以千計的小眼睛。蜜蜂的這些小眼睛可以根據(jù)太陽的偏振來定位太陽的方位，然后確定太陽的方向進(jìn)行指向標(biāo)記，這樣蜜蜂就可以引導(dǎo)它的同類到它找到的花叢所在的位置。

（二）偏振光的其他應(yīng)用

1、偏振光顯微鏡

在現(xiàn)代科學(xué)研究之中，一般的大型光學(xué)顯微鏡和一些臺式機(jī)都配備了偏振光裝置。加入這種裝置之后，就可在開放視野、暗視野和偏振光中同時進(jìn)行觀察，獲得更為準(zhǔn)確的觀察結(jié)果。在入射光路和觀察鏡中加入偏振片，構(gòu)成顯微鏡的偏振光器件。它將來自光源的自然光轉(zhuǎn)換成線性偏振光，并區(qū)分線性偏振光和金屬研磨表面，之后發(fā)射光的偏振態(tài)。

2、光彈性方法

光彈性法是偏振光在科研領(lǐng)域的又一個應(yīng)用實例。當(dāng)工程構(gòu)件承受荷載時，內(nèi)應(yīng)力一般不均勻，構(gòu)件的失效總是從最大應(yīng)力所在位置開始。對于復(fù)雜形狀的構(gòu)件，在復(fù)雜載荷作用下進(jìn)行理論分析和計算是非常困難的，甚至是不可能的。將偏振光應(yīng)用到工程構(gòu)建之中去，這為實驗應(yīng)力分析提供了很大的方便。

天然方解石晶體能夠永久的進(jìn)行雙折射，這種效應(yīng)也稱為永久雙折射。一些人工透明材料在外力作用之下具有雙折射特性，這種雙折射特性稱為人工折射。去除外力后，如果沒有內(nèi)部應(yīng)力，雙折射將消失。利用人工雙折射材料構(gòu)成的制造構(gòu)件模型。對模型進(jìn)行了加熱和外力作用。冷卻后，外力被消除，在此基礎(chǔ)上，保持了雙折射材料模型中的應(yīng)力。模型被切成薄片。模型片放置在偏振器和偏光室之間。由于雙折射效應(yīng)，模型板在不同應(yīng)力區(qū)域的折射率不同。將產(chǎn)生光彈性條紋。在視場中同時出現(xiàn)兩種黑色條紋，即等色條紋和等斜條紋，分別對應(yīng)于相同的主應(yīng)力差和相同的主應(yīng)力方向。這個時候，只要對等壓線和等腰線進(jìn)行分析，就能夠得到相應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布。

總結(jié)

在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)之中，對于偏振光有著不計其數(shù)的應(yīng)用實例。利用好偏振光可以解決生活中的許多問題，也能夠為我們的生產(chǎn)和生活提供巨大的方便，包括觀看3D電影以及提升駕駛員駕駛時的安全性等等。隨著時代的變遷，對于偏振光的應(yīng)用也將不斷完善和進(jìn)步。

參考文獻(xiàn)：

[1] 偏振光 百度百科

[2] 王振華，李勁松.徑向偏振光的產(chǎn)生及在現(xiàn)代光學(xué)中的應(yīng)用[J].激光雜志，2009，（1）

作者簡介：李翔澤（2002—），漢族，籍貫：湖北省孝感市，武漢市第二中學(xué)。