1、學(xué)號(hào):本科學(xué)年論文學(xué)院專業(yè)年級(jí)姓名論文題目指導(dǎo)教師職稱成績(jī)目錄摘要1Abstract11 引言12 偏振光的原理及基本定義13 偏振光的分類23.1均勻偏振光23.2非均勻偏振光24 偏振光的產(chǎn)生24.1常用方法24.2其他方法35 偏振光的應(yīng)用55.1偏振光在生活中的應(yīng)用55.2偏振光在研究中的應(yīng)用76 總結(jié)7參考文獻(xiàn)7談?wù)勂窆獾漠a(chǎn)生及其應(yīng)用摘要：電磁波理論，光是橫波，它的振動(dòng)方向和光的傳播方向垂直。光矢量在垂直于波線的平面作二維振動(dòng)，光矢量的振動(dòng)方式，叫做光波的偏振態(tài)。該文通過(guò)對(duì)偏振光的分析，簡(jiǎn)要地介紹了偏振光的分類、產(chǎn)生方法及應(yīng)用。在偏振光產(chǎn)生的介紹中，分別介紹了線偏振光、橢圓偏振光、

2、徑向偏振光的產(chǎn)生方法，并利用電場(chǎng)矢量進(jìn)行了具體分析。最后介紹了偏振光在生活和研究中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：偏振光；雙折射；布魯斯特棱鏡；應(yīng)用TalkaboutthegenerationandapplicationofpolarizedlightAbstract:Accordingtotheelectromagnetictheory,lightisatransversewave,itsdirection,andintheverticaldirectionvibration.Lightvectorintheverticalplanetwo-dimensionalvibrationwaveline,ligh

3、tvectormodeofvibration,calledthepolarizationoflightwaves.Inthispaper,throughtheanalysisofpolarizedlight,polarizedlightisintroducedtheclassification,thegenerationmethodsandapplication.Thispaperalsointroducedthelinearpolarizedlight,ellipsepolarizedlight,theradialpolarizationmethod,andgivesadetailedana

4、lysisusingtheelectricfieldvector.Finallytheapplicationofpolarizedlightinlifeandinvestigationweresimplyintroduced.Keywords:Polarizedlight;Birefringence;Brewsterprism;Application1引言隨著偏振光技術(shù)的發(fā)展，其在生活中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，為了進(jìn)一步研究光束和物資的偏振特性，人們對(duì)偏振光器件也提出了越來(lái)越高的要求，并逐步提出和建立了各種各樣的測(cè)量方案和系統(tǒng)，偏振光的特性及其發(fā)現(xiàn)，以及在生活中諸方面的應(yīng)用舉例，說(shuō)明了生活中無(wú)處不

5、在的偏振在我們生活中所扮演的重要角色。因此，研究偏振光的性質(zhì)和各種物理現(xiàn)象、總結(jié)其規(guī)律對(duì)于認(rèn)識(shí)世界、改造世界有其重大意義。2偏振光的原理及基本定義自然光：光振動(dòng)的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既有時(shí)間分布的均勻性，又有空間分布的均勻性，具有這種特性的光就叫自然光。偏振光：如果光波的光矢量的方向始終不變，只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)時(shí)，這種光稱為線偏振光或完全偏振光。因線偏振光中沿傳播方向各處的光矢量都在同一振動(dòng)面內(nèi)，故線偏振光也稱平面偏振光，簡(jiǎn)稱偏振光。3偏振光的分類3.1均勻偏振光根據(jù)光波電矢量的端點(diǎn)在波面內(nèi)描繪的軌跡的形狀，來(lái)對(duì)偏振光的種類進(jìn)行劃分，大致可以把偏振光分為：線偏振光、圓偏振光、橢圓偏

6、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。3.2非均勻偏振光非均勻偏振光的偏振態(tài)較為復(fù)雜，如徑向偏振光，是電矢量振動(dòng)方向在光束橫截面上具有軸對(duì)稱性，始終沿著徑向的一種偏振光。如下圖：圖1徑向偏振光的電場(chǎng)分布其電場(chǎng)數(shù)學(xué)表達(dá)式為：Er（廠，屮）=ESr）e（其中）丁為徑向單位矢量。0rr4偏振光的產(chǎn)生4.1常用方法（1）利用偏振片的二向色性將自然光轉(zhuǎn)化為偏振光通常而言，這種方法是最簡(jiǎn)單的方法。所謂二向色性，就是指某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng)，而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)。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(chǎn)生偏振光圖2通過(guò)反

7、射和折射產(chǎn)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(diǎn)是：垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng)。折射光也為部分偏振光，特點(diǎn)是：平行于入射面的光大于垂直于入射面的光。對(duì)于一般的光學(xué)玻璃,反射光的強(qiáng)度約占入射光強(qiáng)度的7.5%，大部分光將透過(guò)玻璃。所以運(yùn)用多個(gè)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(chǎn)生偏振光這是通過(guò)晶體特性以及雙折射的原理產(chǎn)生偏振光的方法。以方解石晶體為例，當(dāng)光束通過(guò)晶體時(shí)會(huì)發(fā)生雙折射現(xiàn)象，產(chǎn)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(guò)實(shí)驗(yàn)證明，尋常光線和

8、非常光線都是偏振光。4.2其他方法因?yàn)樵诳茖W(xué)研究中和日常生活中仍然有許多其他方法可以產(chǎn)生偏振光。在此，具體針對(duì)橢圓偏振光和徑向偏振光的產(chǎn)生方法做出具體分析。(1)橢圓偏振光的產(chǎn)生1橢圓偏振光是兩列頻率相同,振動(dòng)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(diǎn)在波面內(nèi)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(xù)通過(guò)一個(gè)起偏器和一個(gè)波晶片。起偏器將自然光變?yōu)榫€偏振光,波晶片將線偏振光分解尋常光和非常光,由于它們?cè)诰w內(nèi)的傳播速度不同,產(chǎn)生了一定的位相差6,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(gè)分量寫(xiě)成：由（1）式有:E=Acos

9、69;txxE=Acos(©t+8)yyEe匸sin(©t+8)-比xysin©t=sin8Ee工cos(©t+8)-匕cos©t=0(1)(2)(3)由（2）、（3）式可得:EE2EEx+£一x_cos8=sin28AAAAxyxy可知，這是一個(gè)橢圓方程，所以運(yùn)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下可以得到圓偏振光。（2）徑向偏振光的產(chǎn)生21、C-cutNd:YV04晶體的雙折射產(chǎn)生徑向偏振光圖3徑向偏振光發(fā)生器示意圖KazuhiroYonezawa等人設(shè)計(jì)了圖中的實(shí)驗(yàn)裝置，一種在激光腔內(nèi)直接產(chǎn)塵徑向偏振光的簡(jiǎn)單裝

10、置。激光腔由凹透鏡,C-晶軸，和輸出耦合器三個(gè)部分組成。Nd:YVO4被置于C-晶軸內(nèi),Nd:YVO4晶片有正雙折射效應(yīng)，而對(duì)波長(zhǎng)為1.065“m的o光和e光折射率分別為no=1.9573和nex=2.1652。當(dāng)光線通過(guò)雙折射晶體時(shí)，不論是發(fā)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(wěn)定諧振長(zhǎng)度限將比o光長(zhǎng)。因此，將產(chǎn)生一段e光穩(wěn)定而o光不穩(wěn)定的諧振腔長(zhǎng)度范圍。當(dāng)諧振腔的長(zhǎng)度稍大于凹透鏡的半徑時(shí)，在此諧振腔中將僅有e光能穩(wěn)定振蕩。而e光對(duì)應(yīng)于徑向偏振光束,這樣就得到了徑向偏振

11、光束。這種方法產(chǎn)生的徑向偏振光束即使在較低功率輸出下也相當(dāng)穩(wěn)定,而且由于其構(gòu)造極其簡(jiǎn)單,有望被作為徑向偏振激光源。2、圓錐形布魯斯特棱鏡產(chǎn)生徑向偏振光圖4圓錐形布魯斯特棱鏡UichiKozawa和ShunichiSato設(shè)計(jì)了布魯斯特光學(xué)元件，來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠的更高穩(wěn)定性的徑向偏振光。布魯斯特光學(xué)元件由凸棱鏡及凹棱鏡組成，它可從Nd:YAG激光諧振腔內(nèi)直接產(chǎn)生徑向偏振光束。為傳輸激光，此光學(xué)元件構(gòu)成的凸棱鏡和凹棱鏡的頂角的設(shè)計(jì)滿足布魯斯特條件。凸棱鏡的側(cè)面涂上了多層電介質(zhì)層(SiO2和Ta2O5)以提高偏振選擇性。當(dāng)此棱鏡用于Nd:YAG激光諧振腔內(nèi)，產(chǎn)生了TEM01(R-TEM01)模式偏振光。他

12、們通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到了這個(gè)簡(jiǎn)單布魯斯特棱鏡產(chǎn)生的徑向偏振光。5偏振光的應(yīng)用5.1偏振光在生活中的應(yīng)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、陳列櫥柜、油漆表面、塑料表面等，常常會(huì)出現(xiàn)耀斑或反光，這是由于光線的偏振而引起的。在拍攝時(shí)加用偏振鏡，并適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)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(guò)取景器一邊觀察一邊轉(zhuǎn)動(dòng)鏡面，以便觀察消除偏振光的效果。當(dāng)觀察到被攝物體的反光消失時(shí)，既可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)鏡面。2、攝影時(shí)控制天空亮度，使天空變暗。由于藍(lán)天中存在大量的偏振光，所以用偏振鏡能夠調(diào)節(jié)天空的亮度，加用偏振鏡以后，藍(lán)天變的很暗，突出了

13、藍(lán)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4在觀看立體電影時(shí),觀眾要戴上一副特制的眼鏡,這副眼鏡就是一對(duì)透振方向互相垂直的偏振片。立體電影是用兩個(gè)鏡頭如人眼那樣從兩個(gè)不同方向同時(shí)拍攝下景物的像,制成電影膠片。在放映時(shí),通過(guò)兩個(gè)放映機(jī),把用兩個(gè)攝影機(jī)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(shí)如果用眼睛直接觀看,看到的畫(huà)面是模糊不清的,要看到立體電影,就要在每架電影機(jī)前裝一塊偏振片,它的作用相當(dāng)起偏器。從兩架放映機(jī)射出的光,通過(guò)偏振片后,就成了偏振光。左右兩架放映機(jī)前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而產(chǎn)生的兩束偏振光的偏振方向也互

14、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(yīng)的偏振光圖象,即左眼只能看到左機(jī)映出的畫(huà)面,右眼只能看到右機(jī)映出的畫(huà)面,這樣就會(huì)像直接觀看那樣產(chǎn)生立體感覺(jué)。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(yú)時(shí)用于觀察水面、浮漂時(shí)，可消除浮漂、水面反光的特種眼鏡。該鏡還可防止陽(yáng)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(dòng)的，即所謂出現(xiàn)光線的濫反射。這樣，釣者用肉眼和普通太陽(yáng)鏡觀察水面上的浮原時(shí)會(huì)出現(xiàn)倒影，加上水面波紋閃動(dòng)反光，很難看

15、清浮漂。而偏振鏡片中間的膠膜內(nèi)含有無(wú)數(shù)細(xì)小的桿狀晶體，均朝一個(gè)方向順序均勻地排列，故通過(guò)偏振眼鏡后的光線只能朝一個(gè)方向振動(dòng)。5、液晶顯示“扭曲向列型液晶顯示器”簡(jiǎn)稱“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(dǎo)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(jiǎn)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(gè)特定且平行于玻璃表面之方向排列。利用電場(chǎng)可使液晶旋轉(zhuǎn)的原理，在兩電極上加上電壓則會(huì)使得液晶偏振化方向轉(zhuǎn)向與電場(chǎng)方向平行。因?yàn)橐簯B(tài)晶的折射率隨液晶的方向而改變，其結(jié)果是光經(jīng)過(guò)tn型液晶盒以后其偏振性會(huì)發(fā)生變化。我們可以選擇適當(dāng)?shù)暮穸?/p>

16、使光的偏振化方向剛好改變。那么，我們就可利用兩個(gè)平行偏振片使得光完全不能通過(guò)。若外加足夠大的電壓V使得液晶方向轉(zhuǎn)成與電場(chǎng)方向平行，光的偏振性就不會(huì)改變。因此光可順利通過(guò)第二個(gè)偏光器。于是，我們可利用電的開(kāi)關(guān)達(dá)到控制光的明暗。這樣會(huì)形成透光時(shí)為白、不透光時(shí)為黑，字符就可以顯示在屏幕上了5。5.2偏振光在研究中的應(yīng)用1、偏振光顯微鏡在光學(xué)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)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6。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。前者安裝在光源與樣品之間，后者安裝在接物鏡與接目鏡之間或接目鏡之上。在生物樣品中，肌肉纖維、骨骼和牙齒等具有各向異性，淀粉粒、染色體和紡錘體等具有雙折射性，因此被用于組織細(xì)胞的化學(xué)研究。光源最好用單波長(zhǎng)光線。由于生物樣品比金屬、巖石或結(jié)晶的雙折射性顯著微弱，所以有時(shí)也借敏感的檢偏振板造成的相加相減現(xiàn)象而利用其干涉色。偏振光顯微鏡通常用來(lái)檢測(cè)生物體內(nèi)某些有序結(jié)構(gòu)、鏡體的存在及其折射光學(xué)性質(zhì)，同時(shí)也可用來(lái)檢測(cè)某些組織中的化學(xué)成分。6總結(jié)從偏振光在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用中，可以看出偏振光的產(chǎn)生及其應(yīng)用的重要意義。為了對(duì)偏振光有一個(gè)基本的了解，我們先概括性的介紹了偏振光的應(yīng)用，簡(jiǎn)單闡述了偏振光和自然光的特點(diǎn)。隨后具體討論了偏振光學(xué)的基本定義，測(cè)量方法和偏振光的產(chǎn)生方法?？傊霉獾钠?/p>