偏振光

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更新時間: 2013-07-12

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偏振光(Polarization),光學名詞。光是一種電磁波,電磁波是橫波。而振動方向和光波前進方向構成的平面叫做振動面,光的振動面只限於某一固定方向的,叫做平面偏振光或線偏振光。

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振動方向對於傳播方向的不對稱性叫做偏振,它是橫波區別於其他縱波的一個最明顯的標誌,只有橫波才有偏振現象。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。
光的偏振現象可以藉助於實驗裝置進行檢測,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
偏振光原理

  偏振光原理

雖然變成了偏振光,但由於人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緩慢地轉動,就可發現透射光的強度隨著P2轉動而出現周期性的變化,而且每轉過90°就會重複出現發光強度從最大逐漸減弱到最暗;繼續轉動P2則光強又從接近於零逐漸增強到最大。由此可知,通過P1的透射光與原來的入射光性質是有所不同的,這說明經P1的透射光的振動對傳播方向不具有對稱性。
自然光經過偏振片后,改變成為具有一定振動方向的光。這是由於偏振片中存在著某種特徵性的方向,叫做偏振化方向,偏振片只允許平行於偏振化方向的振動通過,同時過濾掉垂直於該方向振動的光。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P2,當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的後面有較亮的光。當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後面也變暗。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」。

4產生機理

方法一
通過反射、多次折射、雙折射和選擇性吸收的方法可以獲得平面偏振光。可採用具有選擇吸收的偏振片產生平面偏振光。
方法二
偏振片是用人工方法製成的薄膜,是用特殊方法使選擇性吸收很強的微粒晶體在透明膠層中作有規則排列而製成的,它允許透過某一電矢量振動方向的光(此方向稱為偏振化方向),而吸收與其垂直振動的光,即具有二向色性. 因此自然光通過偏振片后,透射光基本上成為平面偏振光。由於偏振片易於製作,所以它是普遍使用的偏振器。
偏振光示意圖

  偏振光示意圖

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橫波有一個特性,就是它的振動是有極性的。在與傳播方向垂直的平面上,它可以向任一方向振動。一般把光波電場振動方向作為光振動方向。如果一束光線都在同一方向上振動,就稱它們是偏振光,或嚴格一點,稱為完全偏振光。一般的自然光在各個方向振動是均勻分佈的,是非偏振光。但是,光滑的非金屬表面在一定角度下(稱為布儒斯特角,與物質的折射率有關)反射形成的眩光是偏振光。偏離了這個角度,就會有部分非偏振光混雜在偏振光里。我們稱這種光線為部分偏振光。部分偏振光是有程度的。偏離的角度越大,偏振光的成分越少,最終成為非偏振光。

7人的感知

人類對偏振光的感知能力,是因為有一種叫做葉黃素的化學物質,在視網膜上一個叫做黃斑的區域,呈同心圓樣排列著。葉黃素在自然界中廣泛存在,分子結構纖細苗條。這種貌似普通的化學物質,有著一種特殊的光學性質:當它的長軸和偏振光振動方向平行,葉黃素將會吸收射入光線中的藍光。
葉黃素在黃斑的分佈

  葉黃素在黃斑的分佈

這樣,經過B區域的葉黃素的過濾,顯示器散發的垂直白色偏振光,將以黃色——藍色的互補色——投射在視網膜感光細胞上。因此看到兩把水平黃刷子。而垂直部分(A區域),一切照常,但是由於心理性成像(psychological vision),這部分將形成更是微弱難辨的藍色刷子。大部分人經過「看刷子訓練」,都可以看到這個微弱的影像。

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