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偏振光原理

時(shí)間:2024/8/30閱讀:1439
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偏振光

偏振光。光是一種電磁波,電磁波是橫波。而振動(dòng)方向和光波前進(jìn)方向構(gòu)成的平面叫做振動(dòng)面,光的振動(dòng)面只限于某一固定方向的,叫做平面偏振光或線(xiàn)偏振光。

光的偏振現(xiàn)象可以借助于實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行觀察,P1,P2 是兩塊同樣的偏振片。通過(guò)一片偏振 P1 直接觀察自然光(如燈光或陽(yáng)光),透過(guò)偏振片的光。

偏振光原理

偏振光原理

     雖然變成了偏振光,但由于人的眼睛沒(méi)有辨別偏振光的能力,故無(wú)法察覺(jué)。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(dòng),就可發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨著 P2 轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)周期性的變化,而且每轉(zhuǎn)動(dòng) 90°就會(huì)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(dòng) 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(guò) P1 的透射光與原來(lái)的入射光性質(zhì)是有所不同的,這說(shuō)明經(jīng) P1 的透射光的偏振對(duì)傳播方向不具有對(duì)稱(chēng)性。自然光經(jīng)過(guò)偏振片后,改變成為具有一定偏振方向的光。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(dòng)方向的振動(dòng)通過(guò),同時(shí)吸收垂直于該方向的偏振的光。通過(guò)偏振片的透射光,它的振動(dòng)限制在某一振動(dòng)方向上,我們把第一個(gè)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(shí),偏振光可順利通過(guò),這時(shí)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(shí),偏振光不能通過(guò),在 P2 后面也變暗。第二個(gè)偏振片幫助我們辨別出偏振光,因此它也稱(chēng)為“檢偏器"。

偏振光是指光矢量的偏振方向不變,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(xiàn)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(dòng)方向只局限于在一確定的平面內(nèi),則這種偏振光稱(chēng)為平面偏振光,若軌跡在傳播過(guò)程中為一直線(xiàn),故又稱(chēng)線(xiàn)偏振光。如果光波電矢量隨時(shí)間做有規(guī)則的改變,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(chēng)為圓偏振光或橢圓偏振光。如果光波電矢量的振動(dòng)在傳播過(guò)程中只是在某一確定的方向上占有相對(duì)優(yōu)勢(shì), 這種偏振光就稱(chēng)為部分偏振光。


自然光


光波是橫波,即光波矢量的振動(dòng)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(dòng)在垂直于光的傳播方向上做無(wú)規(guī)則取向,但統(tǒng)計(jì)平均來(lái)說(shuō),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(huì)均等的,它們的總和與光的傳播方向是對(duì)稱(chēng)的,即光矢量具有軸對(duì)稱(chēng)性,均勻分布,各方向振動(dòng)的振幅相同,這種光就稱(chēng)為自然光。

偏振光


(a) 線(xiàn)偏振光

光矢量端點(diǎn)的軌跡為直線(xiàn),即光矢量只沿著一個(gè)確定的方向振動(dòng),其大小,方向不變,稱(chēng)為線(xiàn)偏振光。

(b) 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(shí)間有規(guī)律的變化。

(c) 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(shí)間有規(guī)律的變化。



部分偏振光


在垂直于光傳播方向的平面上,含有各種偏振方向的光矢量,但光振動(dòng)在某一方向更顯著,不難看出,部分偏振光是自然光和偏振光的疊加。


雙折射


光束入射到各向異性的晶體,分解為兩束光而沿不同方向折射的現(xiàn)象。它們?yōu)檎駝?dòng)方向互相垂直的線(xiàn)偏振光。

光在非均質(zhì)體中傳播時(shí),其傳播速度和折射率值隨振動(dòng)方向不同而改變, 其折射率值不止一個(gè)。光波入射非均質(zhì)體,除特殊方向以外,都要發(fā)生雙折射, 分解成振動(dòng)方向互相垂直,傳播速度不同,折射率不等的兩種偏振光,此現(xiàn)象稱(chēng)為雙折射。

此外,光波僅在入射一軸晶體時(shí)會(huì)分解成常光 o 與非常光 e,而在入射二軸晶體時(shí)分解的兩種偏振光均為非常光!

尋常光 o 的折射率對(duì)于介質(zhì)來(lái)說(shuō)是各向同性的,是個(gè)折射率球;非尋常光的折射率對(duì)于介質(zhì)來(lái)說(shuō)是各向異性的,通常是折射率橢球。

寶石中出現(xiàn)明顯雙折射的例子是方解石,透過(guò)方解石的菱面體解理塊就可看到很明顯的重影。其他一些在 10× 放大鏡下有有明顯雙折射的寶石有碧璽(DR=0.014 到 0.021)、橄欖石(DR=0.036)、中到高型鋯石(高型DR=0.059)、合成莫伊桑石等。

偏振光原理








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