偏振光的應(yīng)用

偏振光的應(yīng)用季麗河南理工大學(xué)測控1301班內(nèi)容摘要偏振光的定義與檢測，偏振光的分類，偏振光的應(yīng)用范圍，如汽車車燈，觀看的立體電影，攝像機(jī)鏡頭，生物的生理機(jī)能與偏振光，LCD液晶屏，偏振光紅外偏振光在醫(yī)療范圍的應(yīng)用等。關(guān)鍵字：偏振光檢測應(yīng)用定義振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光波是電磁波，因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動矢量E和磁振動矢量H都與傳播速度v垂直，因此光波是橫波，它具有偏振性。具有偏振性的光則稱為偏振光。二、檢測光的偏振現(xiàn)象可以借助于實驗裝置進(jìn)行檢測，P1、P2是兩塊同樣的偏振片。通過一片偏振片p1直接觀察自然光（如燈光或陽光），透過偏振片的光雖然變成了偏振光，但由于人偏振光原理的眼睛沒有辨別偏振光的能力，故無法察覺。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，就可發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨著P2轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)周期性的變化，而且每轉(zhuǎn)過90°就會重復(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P1的透射光與原來的入射光性質(zhì)是有所不同的，這說明經(jīng)P1的透射光的振動對傳播方向不具有對稱性。自然光經(jīng)過偏振片后，改變成為具有一定振動方向的光。這是由于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振化方向的振動通過，同時過濾掉垂直于該方向振動的光。通過偏振片的透射光，它的振動限制在某一振動方向上,我們把第一個偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光變成偏振光，但是人的眼睛不能辨別偏振光。必須依靠第二片偏振片P2去檢查。旋轉(zhuǎn)P2，當(dāng)它的偏振化方向與偏振光的偏振面平行時，偏振光可順利通過，這時在P2的后面有較亮的光。當(dāng)P2的偏振方向與偏振光的偏振面垂直時，偏振光不能通過，在P2后面也變暗。第二個偏振片幫助我們辨別出偏振光，因此它也稱為“檢偏器”。分類偏振光是指光矢量的振動方向不變，或具有某種規(guī)則地變化的光波。按照其性質(zhì),偏振光又可分為平面偏振光（線偏振光）、圓偏振光和橢圓偏振光、部分偏振光幾種。如果光波電矢量的振動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，若軌跡在傳播過程中為一直線，故又稱線偏振光。如果光波偏振光電矢量隨時間作有規(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在傳播過程中只是在某一確定的方向上占有相對優(yōu)勢，這種偏振光就稱為部分偏振光。（一）自然光光波是橫波，即光波矢量的振動方向垂直于光的傳播方向。通常，光源發(fā)出的光波，其光波矢量的振動在垂直于光的傳播方向上作無規(guī)則取向，但統(tǒng)計平均來說，在空間所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是機(jī)會均等的，它們的總和與光的傳播方向是對稱的，即光矢量具有軸對稱性、均勻分布、各方向振動的振幅相同，這種光就稱為自然光。（二）完全偏振光1、線偏振光偏振光光矢量端點(diǎn)的軌跡為直線，即光矢量只沿著一個確定的方向振動，其大小隨相位變化、方向不變，稱為線偏振光。2、橢圓偏振光光矢量端點(diǎn)的軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小、方向隨時間有規(guī)律的變化。3、圓偏振光光矢量端點(diǎn)的軌跡為一圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小不變，但方向隨時間有規(guī)律地變化。（三）部分偏振光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，但光振動在某一方向更顯著，不難看出，部分偏振光是自然光和完全偏振光的疊加。應(yīng)用（一）汽車車燈汽車車燈汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時，為了避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時，即不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強(qiáng)烈的來自上空的散射光基本上是水平方向振動的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光。（二）觀看立體電影立體電影在拍攝立體電影時，用兩個攝影機(jī)，兩個攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像，放映時把兩個畫像同時映在銀幕上。如果設(shè)法使觀眾的一只眼睛只能看到其中一個畫面，就可以使觀眾得到立體感。為此，在放映時，兩個放像機(jī)每個放像機(jī)鏡頭上放一個偏振片，兩個偏振片的偏振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機(jī)上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機(jī)上的偏振化方向相同，這樣，銀幕上的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了。（三）攝像機(jī)鏡頭自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時，反射光和折射光都是偏振光，而且入射角變化時，偏振的程度也有變化。在拍攝表面光滑的物體，如玻璃器皿、水面、陳列櫥柜、油漆表面、塑料表面等，常常會出現(xiàn)耀斑或反光，這是由于反射光波的干擾而引起的。如果在拍攝時加用偏振鏡，并適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)偏振鏡片，讓它的透振方向與反射光的透振方向垂直，就可以減弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。（四）生物生理機(jī)能昆蟲復(fù)眼人的眼睛對光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支單眼、兩支復(fù)眼，每個復(fù)眼包含有6300個小眼，這些小眼能根據(jù)太陽的偏光確定太陽的方位，然后以太陽為定向標(biāo)來判斷方向，所以蜜蜂可以準(zhǔn)確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。再如在沙漠中，如果不帶羅盤，人是會迷路的，但是沙漠中有一種螞蟻，它能利用天空中的紫外偏光導(dǎo)航，因而不會迷路。（五）LCD液晶屏LCD液晶屏LCD是依賴極化濾光器（片）和光線本身。自然光線是朝四面八方隨機(jī)發(fā)散的。極化濾光器實際是一系列越來越細(xì)的平行線。這些線形成一張網(wǎng)，阻斷不與這些線平行的所有光線。極化濾光器的線正好與第一個垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。只有兩個濾光器的線完全平行，或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個極化濾光器相匹配，光線才得以穿透。LCD正是由這樣兩個相互垂直的極化濾光器構(gòu)成，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個濾光器之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個濾光器后，會被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個濾光器中穿出。另一方面，若為液晶加一個電壓，分子又會重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，所以正好被第二個濾光器擋住?？傊患与妼⒐饩€射出，加電則使光線阻斷。（六）醫(yī)療運(yùn)動性疼痛——各種亞急性慢性肌肉痛和關(guān)節(jié)痛；各種骨關(guān)節(jié)退行性病變所致的疼痛；紅外偏振光治療的特點(diǎn)：①無損傷，②無痛苦，③無感染危險，④治療時間短，⑤無副作用及并發(fā)癥，⑥適應(yīng)范圍廣，⑦作為神經(jīng)阻滯的輔助