光的五种偏振态是哪五种?如何区分?

   2023-01-26 03:01:27 网络1140
核心提示:自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光1、自然光又称“天然光”,不直接显示偏振现象的。它包括了垂直于光波传播方向的所有可能的振动方向,所以不显示出偏振性。从普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合,所以直接观察时不能发现

光的五种偏振态是哪五种?如何区分?

自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光

1、自然光又称“天然光”,不直接显示偏振现象的。它包括了垂直于光波传播方向的所有可能的振动方向,所以不显示出偏振性。

从普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合,所以直接观察时不能发现光强偏于哪一个方向。

2、光矢量端点的轨迹为直线,即光矢量只沿着一个确定的方向振动,其大小随相位变化、方向不变,称为线偏振光。

3、椭圆偏振光,光矢量端点的轨迹为一椭圆,即光矢量不断旋转,其大小、方向随时间有规律的变化。

4、圆偏振光,光矢量端点的轨迹为一圆,即光矢量不断旋转,其大小不变,但方向随时间有规律地变化。

5、部分偏振光,在垂直于光传播方向的平面上,含有各种振动方向的光矢量,但光振动在某一方向更显著,不难看出,部分偏振光是自然光和完全偏振光的叠加。

扩展资料:

线偏振光的用途:

1、格兰-汤普森棱镜

将方解石或石英磨成光轴平行棱边的直角三棱镜两块,再用加拿大树胶粘合。两棱镜中也可夹一空气薄层。光从端面垂直入射,o 光在胶面上全反射,而 e 光能透过。由于光垂直入射端面,反射较小,透射光强。并且转动棱镜,出射像可保持没有横向移动。

2、阿伦氏棱镜

将方解石磨成三块三棱镜,然后粘合在一起,通光面积比格兰-汤普森棱镜大。空间的发散角约 26°。有些高级的偏光显微镜的上、下偏光镜,常用这种棱镜。

双像棱镜同时产生 o、e 两种偏振光。但它们的分离的角度比天然方解石棱体的 o、e 光较大。两光可以同时用,亦可分开用。

参考资料来源:百度百科-光的偏振

参考资料来源:百度百科-线偏振光

光的偏振原理

光的偏振(polarization of light)振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振,它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。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叫做光的偏振。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。

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。

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,圆偏振光看上去是与自然光一样的。但是圆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。

应用:

1. 电子表的液晶显示用到了偏振光。

两块透振方向相互垂直的偏振片当中插进一个液晶盒,盒内液晶层的上下是透明的电极板,它们刻成了数字笔画的形状。外界的自然光通过第一块偏振片后,成了偏振光。这束光在通过液晶时,如果上下两极板间没有电压,光的偏振方向会被液晶旋转90度(这种性质叫做液晶的旋光性),于是它能通过第二块偏振片。第二块偏振片的下面是反射镜,光线被反射回来,这时液晶盒看起来是透明的。但在上下两个电极间有一定大小的电压时,液晶的性质改变了,旋光性消失,于是光线通不过第二块偏振片,这个电极下的区域变暗,如果电极刻成了数字的笔画的形状,用这种方法就可以显示数字。

偏振镜效果

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5、生物的生理机能与偏振光

人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的,但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支单眼、两支复眼,每个复眼包含有6300个小眼,这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位,然后以太阳为定向标来判断方向,所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。

再如在沙漠中,如果不带罗盘,人是会迷路的,但是沙漠中有一种蚂蚁,它能利用天空中的紫外偏光导航,因而不会迷路。

6、汽车使用偏振片防止夜晚对面车灯晃眼

远光灯是非常讨厌的,但是利用光的偏振可以解决这个问题。我们可以将汽车灯罩设计成斜方向45°的偏振镜片,这样射出去的光都是有规律的斜向光。汽车驾驶员戴一副夜间眼镜,偏振方向与灯罩偏振方向相同。如此一来,驾驶员只能看到自己汽车射出去的光,而对面汽车射来光的震动方向,正好是与本方向汽车程90°角,那样对面的车灯光线就不会再晃到驾驶员的眼睛。

当然这个设想要实现还是需要很漫长的道路的,首先世界必须制定一个统一的标准,来规定灯罩与眼镜的偏振方向;其次偏振眼镜必然会损失一部分光线,那么驾驶员的视野会受到影响;而且汽车大灯的功率都很大,其一半的能量都被偏振镜片吸收,一定会产生大量的热,对于汽车灯罩的做工,也是一个非常大的考验。

本文首先延续本系列第一篇文章中对偏振做的初步讲解,系统地根据偏振态对光波进行分类并介绍偏振光的解析表示.并顺便介绍获取偏振光的三种常见方法的原理:布儒斯特角、双折射、二向色性.本文将详细介绍后两种的相关细节.

接着就是晶体部分.首先简要介绍双折射的概念,接着基于电磁理论的角度讲解双折射原因,也是晶体的突出性质——各向异性.然后基于这个各向异性对双折射也从电磁理论的角度进行解释.

下面就开始从几何的角度介绍晶体的性质和双折射,并顺便介绍惠更斯作图法求取双折射所产生的o光和e光的光线方向和波法线方向.由于前面介绍的性质繁多,因此在这部分的最后对晶体的性质进行较为全面的总结.

然后讲利用二向色性的偏振器件.整体上分为偏振棱镜、波片、补偿器和退偏器,首先介绍4种偏振棱镜;然后就是波片,包括全波片,半波片和四分之一波片;接着介绍2种补偿器;最后将退偏器的作用和原理.这部分的末尾做总结并介绍偏振器件的使用.

最后介绍琼斯矢量和琼斯矩阵.以此工具计算偏振器件的作用是非常简便的,这里主要介绍线偏振器和各种波片的计算.

注意:对于偏振光的解析表示和琼斯矩阵的使用一定要首先约定电磁波的表示当中时间相位因子中「时间项的正负」!本文延续系列文章的习惯,均「取负」,即 .

以上就是关于光的五种偏振态是哪五种?如何区分?全部的内容,如果了解更多相关内容,可以关注我们,你们的支持是我们更新的动力!

 
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