【偏振光的產(chǎn)生與應(yīng)用探究6200字（論文）】

[6]。當(dāng)光波入射到不均勻的物體上時，除特殊方向以外也會因此產(chǎn)生雙折射。把它分成兩個偏振光，振動方向彼此垂直，傳播速度不一樣，折射率也不相等，這就是雙折射現(xiàn)象。把光沿著晶體中的特殊方向進(jìn)行傳播，人們把它稱為晶體光軸的雙折射REF_Ref25672\r\h［1］。2.4起偏器和檢偏器2.4.1起偏器和檢偏器所有可以產(chǎn)生偏振光的光學(xué)元件都被統(tǒng)稱為起偏器，它們可以被用于檢驗偏振光，也可以被稱為檢偏器，并且它們都被統(tǒng)稱為偏振器REF_Ref26753\r\h[３]。2.4.2馬呂斯定律線偏振光通過檢偏器后的透射光強(qiáng)度隨θ角變化的規(guī)律稱為馬呂斯定律。公式表達(dá)為I其中:I0I:投射光強(qiáng)度θ:入射光偏振化方向與檢偏器偏振化方向夾角當(dāng)以光線傳播方向為軸轉(zhuǎn)動檢偏器時，I將發(fā)生周期性變化REF_Ref25672\r\h［1］。當(dāng)θ=0°時，透射光的強(qiáng)度最大；當(dāng)θ=90°，在消光狀態(tài)附近透射光的強(qiáng)度極??；當(dāng)0°＜θ2.4.3馬呂斯定律的實驗驗證測量系統(tǒng)的偏振率。安置好實驗設(shè)備并對偏振片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，記錄光強(qiáng)最大值Imax和光強(qiáng)最小值Imin，然后利用公式P=2.驗證馬呂斯定理圖2-3驗證馬呂斯定律裝置圖按圖2-3所示放置光源，P1，P2和光強(qiáng)測量儀，通過調(diào)節(jié)P2與P1，讓它們的透振方向相同，使此時光強(qiáng)度最大，θ=0°。繪制出I?θ和I?COS2θ的關(guān)系曲線圖，并以此驗證出馬呂斯定律。3.觀察圓偏振光和橢圓偏振光圖2-4驗證圓偏振光裝置圖按（圖2-4）中的擺放位置放置P1和P2，讓P1的透振方向是豎直的，P2的透振方向是水平的，只要使P1、P2的透振方向正交。將1/4波片按圖示位置放于P1和P2之間。調(diào)節(jié)波片使激光束通過其光心并與波片垂直。轉(zhuǎn)動1/4波片（改變?nèi)肷渚€偏振光光矢量的振動方向與光在1/4波片內(nèi)主截面的夾角θ），記錄消光現(xiàn)象出現(xiàn)時P2的位置并解釋。依次將1/4波片從消光位置轉(zhuǎn)過15°、30°、45°、60°、75°、90°，每轉(zhuǎn)過15°分別將P2慢慢轉(zhuǎn)動360°，列表記錄透過P2觀察到的透射光強(qiáng)變化，說明經(jīng)過1/4波片后相應(yīng)透射光的偏振態(tài)（線偏振、橢圓偏振及圓偏振）。觀察并記錄結(jié)果?！緦嶒灲Y(jié)果與誤差分析】系統(tǒng)的偏振率：Imax=0.416mwP=角度與光強(qiáng)的關(guān)系2.1數(shù)據(jù)整理θ10°20°30°40°50°60°70°80°90°cos20.970.880.750.590.410.250.120.030.00光強(qiáng)I/mw0.350.300.250.210.150.090.040.010.00θ100°110°120°130°140°150°160°170°180°cos20.030.120.250.410.590.750.880.971.00光強(qiáng)I/mw0.010.040.080.150.200.270.320.350.36θ190°200°210°220°230°240°250°260°270°cos20.970.880.750.590.410.250.120.030.00光強(qiáng)I/mw0.340.310.270.220.160.080.040.020.01θ280°290°300°310°320°330°340°350°360°cos20.030.120.250.410.590.750.880.971.00光強(qiáng)I/mw0.010.040.100.160.220.270.320.350.362.2光強(qiáng)I和θ的關(guān)系曲線圖2.3光強(qiáng)I和cos2θ由圖可知，I=0.35cos2θ，光強(qiáng)I和cos2θ是正比例的關(guān)系，實驗結(jié)果滿足馬呂斯定律【誤差分析】室內(nèi)光線的變化會影響光強(qiáng)的測量。兩個偏振片并沒有垂直于激光，并且在旋轉(zhuǎn)偏振片之后所檢測到的的數(shù)據(jù)可能會變得不準(zhǔn)確。激光器預(yù)熱時間不足，激光不穩(wěn)定。各種實驗測量儀器的誤差：實驗中所使用的1/4波片都是用天然云母片進(jìn)行篩選而獲得。在光經(jīng)過1/4波片后，快軸和慢軸的分量之間產(chǎn)生的附加相位差并不嚴(yán)格。其次，在安裝和進(jìn)行調(diào)整的過程中，1/4波長片和入射面的夾角和要求的45°會出現(xiàn)偏差，此后，起偏器和檢偏角度會出現(xiàn)一些誤差。讀取錯誤。儀器的多年使用使得儀器老化，使得測量結(jié)果不精準(zhǔn)?！究偨Y(jié)提高】該實驗可以幫助我們認(rèn)識和理解光偏振的現(xiàn)象，及其對于生活和科學(xué)技術(shù)等領(lǐng)域的重大作用。實驗主要通過有關(guān)宏觀現(xiàn)象，即測量光強(qiáng)，來分析和解釋微觀現(xiàn)象，告知我們偏振光的一些特點。實驗的過程本身并不困難，但是后期對于處理大量數(shù)據(jù)來說并不容易，MATLAB主要用于制作圖形并選擇適當(dāng)?shù)那€類型來擬合觀測數(shù)據(jù)，并且使用線性回歸來證明馬呂斯定律。我從這次實驗中學(xué)習(xí)得到了很多知識，特別是在數(shù)據(jù)處理方面，懂得如何使用計算機(jī)使結(jié)果更加簡潔明了。思考題：怎樣由自然光得到線偏振光？線偏振光是通過反射產(chǎn)生的:如果入射角等于某一特定角度，反射光中只有垂直于入射面的振動，而平行于入射面的振動變?yōu)榱?，那么反射光就是線性偏振光。從自然光中通過偏振片直接獲得線偏振光。當(dāng)自然光以布儒斯特角入射時，透射光經(jīng)過玻璃片堆的多次反射和折射，使得振動垂直入射面的部分越來越少，偏振程度越來越高。一般來說，經(jīng)過大約10片玻璃片后，折射光可以被認(rèn)為是線偏振光。如何區(qū)分自然光、圓偏振光、橢圓偏振光和部分偏振光？用偏振片觀察，如果轉(zhuǎn)動偏振片時，光線強(qiáng)度不發(fā)生變化，這束光就是自然光或圓偏振光。這時在偏振片前放置一個1/4波片，并再次轉(zhuǎn)動偏振片，如果強(qiáng)度仍然沒有變化，那就是自然光，如果出現(xiàn)兩次消光，就是線偏振光，因為1/4波片可以將圓偏振光轉(zhuǎn)化為線偏振光。如果用偏振片進(jìn)行觀察時，光強(qiáng)隨偏振片的轉(zhuǎn)動有變化但沒有消光，則說明這束光是部分偏振光或橢圓偏振光，然后將偏振片停留在透射光強(qiáng)度最大的位置。在偏振片前插入1/4玻片，使玻片的光軸與偏振片的投射方向平行，再次轉(zhuǎn)動偏振片，如果出現(xiàn)兩次消光，就是橢圓偏振片，如果還是不出現(xiàn)消光，就是部分偏振片。如果旋轉(zhuǎn)偏振片時出現(xiàn)兩次消光，則說明這束光就是線偏振光?！緦Ρ緦嶒灥母倪M(jìn)建議及創(chuàng)新見解】本實驗采用He-Ne激光器為光源，用偏振片得到線偏振片來進(jìn)行實驗。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體激光器輸送出來的光是線偏振光，可以改進(jìn)測定馬呂斯定律的實驗方法。由半導(dǎo)體激光器作為光源，發(fā)射出來的光是線偏振光。在光源后面緊接一個偏振片即可驗證馬呂斯定律。上述實驗裝置中的偏振片之前添加一個1/4波片，可以直接用來產(chǎn)生橢圓偏振光，其它部分則保持恒定。2.5波長片和圓偏振光、橢圓偏振光波長片也被稱為波晶片，是從雙折射晶體中切下的平行平面板。波長片的表面與晶體光軸平行，如圖2-5所示。當(dāng)一束平行線偏振光垂直入射波長片時，分解后形成的o光和e光的傳播方向保持不變。設(shè)入射偏振光矢量的振動方向與光在晶體中內(nèi)主截面的夾角為θ，入射光的振幅為I，按矢量分解法，o光的振幅為IsinθREF_Ref25672\r\h［1］。因o光和e光通過波長片時的光程也不同，設(shè)波長片的厚度為d,則o光和e光的光程分別為L0=n0d,Le=n圖2-5波長片的光軸與平行表面由于o光和e光被在同一點的入射光分開，因此它們之間存在固定的相位差。經(jīng)過波長片后，o光與e光之間的相位差δ=2πλ0（n對某一波長的單色光所產(chǎn)生的相位差δ=2kπ（k=1,2，3……）的波長片叫該單色光的全波長片，產(chǎn)生相位差δ=(2k+1)π當(dāng)線偏振光垂直照射到全波長片和1/2波長片上時，出射光被認(rèn)為是線偏振光。照射在1/4波長片上時，通常出射光為正橢圓偏振光REF_Ref25672\r\h［1］。橢圓偏振光的形成:橢圓偏振光是兩列頻率相同，振動方向彼此垂直且沿相同方向傳播的線偏振光的組合。在波面內(nèi)，其電矢量的端點軌跡為一橢圓。獲得一般的橢圓偏振光。只要讓自然光連續(xù)通過一個起偏器和一個波晶片，起偏器將自然光變?yōu)榫€性偏振光，波晶片將線性偏振光分為o光和e光，由于它們在晶體中的傳播不同，就會產(chǎn)生一定的相位差δ，射出晶片后，e光和o光相互結(jié)合以獲得橢圓偏振光。把射出晶片的兩個分量寫成：EEE以上為橢圓方程、由此得到橢圓偏振光REF_Ref25672\r\h［1］。

3偏振的應(yīng)用3.1偏振在攝影技術(shù)方面的應(yīng)用1使用偏振鏡在非金屬表面設(shè)置亮斑當(dāng)一個光束被投射到光滑的非金屬表面（例如油漆或光滑的緞面）上時，光的單向反射光通常就會是這個圖像的最高亮度。轉(zhuǎn)動偏振器，這樣可以去除光點，復(fù)制物體的紋理，并使圖像的顏色和顏色適合于攝影師。2使用偏振器增加彩色圖像顏色飽和度由物體表面的單向反射形成的光點在某種程度上可以使圖像更加活躍，但也可能導(dǎo)致物體表面的部分紋理損失，并顯著降低顏色圖像的飽和度。光點具有偏振特性，利用偏振器來減小或消除這些光點可使圖像色彩飽和度在不同程度上甚至顯著增加。3目標(biāo)檢測有時候強(qiáng)度特征不明顯的物體（例如樹蔭下的卡車）用普通拍照技術(shù)看不出來，但是偏振圖片就非常明顯，常用于軍事。3.2偏振在生活中的應(yīng)用1.用于汽車大燈和擋風(fēng)玻璃的偏振玻璃可防止強(qiáng)光晚上，車的前燈會發(fā)出強(qiáng)烈的反射光，會影響司機(jī)開車時的安全性，使司機(jī)無法睜開眼睛。當(dāng)使用偏振玻璃代替前燈玻璃時，發(fā)射的光具有偏振。同時，偏振玻璃也被用于汽車的前玻璃，其振動傳輸方向與光的偏振方向正交，不僅可以防止車輛的強(qiáng)烈光的刺激，而且還可以看到由來自其斜坡的光照亮的物體。2.LCD液晶屏液晶技術(shù)的原理是在具有不同插入槽的兩個平面之間注入液晶。兩個平面的槽彼此垂直。換句話說，如果從北向南表示一個平面上的分子，而從東向西表示另一個平面的分子，則兩個平面之間的分子將成為一個90度扭曲的排列狀態(tài)。因為光沿著分子取向向前移動，所以每次通過液晶時，它將轉(zhuǎn)動90度。該分子再一次形成垂直顯示器，在該顯示器中，光可以直接通過，而不轉(zhuǎn)向任何方向。但是當(dāng)你在液晶上施加電壓時，分子又會形成一個垂直的顯示，光可以直接傳輸，此時它不會朝任意方向轉(zhuǎn)動。偏振光的技術(shù)可以在對某些藥物作用有反常反應(yīng)的高齡、出血性神經(jīng)疾病等患者進(jìn)行應(yīng)用，但不能對神經(jīng)系統(tǒng)阻礙患者進(jìn)行治療。偏振光主要有利于光熱光合作用，光電光合作用，光化學(xué)光合作用，光活性免疫化學(xué)作用，光磁化學(xué)作用，以及由激光合酶催化作用，照射進(jìn)入人體后的光可以同時產(chǎn)生與人體相應(yīng)的不同光點光電反映，光譜中光電效應(yīng)的積累有利于有效治療人體相應(yīng)的眼科病癥，有效消除疼痛。例如：疾病診斷。病變細(xì)胞和正常細(xì)胞在光照射下偏振狀態(tài)不同。

4結(jié)論振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個最明顯的標(biāo)志。光波中電矢量振動的空間分布對于光的傳播方向失去對稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振。只有橫波才能產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，故光的偏振是光的波動性的又一例證。目前生活中應(yīng)用最多的就是在攝影鏡頭前配置一個偏振鏡有效地消除反光，使用偏振鏡觀看立體電影，汽車開燈時使用偏振片防止夜晚對面的車燈晃眼，電子產(chǎn)品市場中的液晶顯示器也用到了偏振光等等，通過查找資料可以了解到很多有關(guān)偏振光的相關(guān)知識，由這些知識了解到某些昆蟲的眼睛對偏振光很敏感，因此可以依據(jù)這些去發(fā)明出新的眼鏡，不止能遮光還能用于導(dǎo)航，以及現(xiàn)在的物質(zhì)探測、目標(biāo)檢測也可以運用到偏振