光的偏振

偏振现象的发现

光的偏振的应用

结构简述

光的偏振

light，polarizationof

光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。

偏振光

①线偏振光：在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。你可以通过一个实验想象这是一种什么景象：你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。如果你现在拿绳子上下振动，绳子产生的波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。这时，那座篱笆对你的波来说是"透明的"。但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了，这时这座篱笆就相当于一个起偏振器件。

②部分偏振光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。

当光线从空气（严格地说应该是真空）射入介质时，布儒斯特角的正切值等于介质的折射率n。由于介质的折射率是与光波长有关的，对同样的介质，布儒斯特角的大小也是与光波长有关的。以光学玻璃折射率1.4-1.9计算，布儒斯特角大约为54-62度左右。当入射角偏离布儒斯特角时，反射光将是部分偏振光。

③椭圆偏振光：在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果(见波片)。

④圆偏振光：旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。在我们的观察时间段中平均后，园偏振光看上去是与自然光一样的。但是园偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，而自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的。

偏振现象的发现

1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。在进一步研究光的简单折射中的偏振时，他发现光在折射时是部分偏振的。因为惠更斯曾提出过光是一种纵波，而纵波不可能发生这样的偏振，这一发现成为了反对波动说的有利证据。

参见马吕斯定律

1811年，布吕斯特在研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。

光的偏振的应用

1.在摄影镜头前加上偏振镜消除反光

在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄物体的反光消失时，既可以停止转动镜面。

2.摄影时控制天空亮度，使蓝天变暗。

由于蓝天中存在大量的偏振光，所以用偏振镜能够调节天空的亮度，加用偏振镜以后，蓝天变的很暗，突出了蓝天中的白云。偏振镜是灰色的，所以在黑白和彩色摄影中均可以使用。

3.使用偏振镜看立体电影

在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。

立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像,制成电影胶片.在放映时,通过两个放映机,把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映,使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上.这时如果用眼睛直接观看,看到的画面是模糊不清的,要看到立体电影,就要在每架电影机前装一块偏振片,它的作用相当于起偏器.从两架放映机射出的光,通过偏振片后,就成了偏振光.左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直.这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处,偏振光方向不改变.观众用上述的偏振眼镜观看,每只眼睛只看到相应的偏振光图象,即左眼只能看到左机映出的画面,右眼只能看到右机映出的画面,这样就会像直接观看那样产生立体感觉.这就是立体电影的原理.

当然,实际放映立体电影是用一个镜头,两套图象交替地印在同一电影胶片上,还需要一套复杂的装置.

光在晶体中的传播与偏振现象密切相关，利用偏振现象可了解晶体的光学特性，制造用于测量的光学器件，以及提供诸如岩矿鉴定、光测弹性及激光调制等技术手段。

结构简述

起偏振器又称为偏光器，它的作用是产生线性偏振光照明，一般安装在集光器下。但这种形式的起偏振器不能充分利用集光器孔径，因此现在一般采用把尼科耳棱镜和集光器合在一起的偏光集光器。当利用落射光照明时，把起偏振器插入光源与落射光照明器之间。

检偏振器又称为检光器，它一般被固定在显微镜筒内或在目镜简上端。在奥林巴斯显微镜内往往安装在镜台与双目镜筒之间，它能够旋转，并具有表示旋转角度的刻度。

在用于定性的最简单偏光显微镜中，往往只有一个起偏振器，而检偏振器大多数被镜简中的一个槽沟所代替。在专门设计的偏光显微镜中，起偏振器往往装在一个有刻度的框架上并能够读出旋转角度。

起偏振器和检偏振器在1950年以前都是使用昂贵的尼科耳棱镜或Thompson棱镜;而现在一般使用刀形起偏振器产生平面偏振光。这种效果是建立在能够吸收O一光线并透过E一光线的二色性物质的基础上的，这种二色性现象从属于一定的波长。刀形起偏振器可以同尼科耳棱镜相比美，在较先进类型的尼康显微镜中它特别适用于定量工作。当然，偏振光棱镜仍然经常使用。

在偏光显微镜中如果起偏振器处于固定位置而检偏振器可以旋转(或两者相反)，且当起偏振器和检偏振器的主平面平行时，在镜筒上观察视场变得非常明亮(亮度处于最大值)，如果旋转检偏振器使两者之间的角度增大到900，视场就完全变暗，也就是说在起偏振器和检偏振器十字交叉的情况下(即所谓“十字棱镜”)，没有光线通过。如果把一个双折射物体引入光路中的十字棱镜之间，实际上在集光器和物镜之间，则在这个物体的位置上可以通过变化的光量。对于任何各向异性的物质来说，当标本在物台上旋转时，物体像的亮度将从最大值到零有4次变化。当然这种物体不能从与光轴平行的方向观察，因为在这种情况下它将变成一个各向同性的物质。

因此，当方位角(即离开偏振器光线的振动平面和两个在物体中的特定方向之间的（角度)是45°时，在像上就可以显示最大的亮度，当方位角为0°时就会出现完全的黑暗。

所以，当把具有各向异性物质的显微镜标本在物台上旋转，方位角从0°到45°进行连续转动时将会出现不同的情况，它被观察时，一条正常光线和一条异常光线以不同的速度通过，当成像时两条光线重新结合，但是一条将落后于另一条。

此外，在检偏振器振动平面上发生的干涉会引起色彩干涉，这种被称为色偏振光的现象在使用白光时很容易被观察到。同时通过交叉检偏振器的光的波长与在双折射物体中产生的像有关，因此色偏振可以被用于测量在物体中发生的相位延迟。当形成的色彩在最大强度的光被观察到的位置中当物体旋转超过360°时的4个位置)进行分解时，可以得到关于物体物理学特性的一些资料，然而生物学标本中的相位延迟对于产生色偏振往往是太小了。

当相位延迟大约在100nm时色彩干涉才能被眼睛所察觉，直到大约550nm，每增加20- 30nm就会引起千涉色彩上的质的变化。在r值超过550nm时会重新发生第2级新的干涉色彩，并且在2 x 550nm时会观察到第3级重复干涉色彩。随着级别的增加色彩变化就逐渐减少，因为对于多于一种色彩的消光机会就会增加;从第7级就会出现“高级别的白光”。所有这些复杂的变化都可以用Michellevy色谱进行分析，因此当物体的厚度己知时，借助于25nm精确的一定色彩就可以读出双折射的(Ne一No)的数值，由于对于大多数结晶材料的(Ne一No)的值是已知的，于是用这种方法就可以鉴定一个物体中的某种晶体物质。