偏振

偏振

偏振是指橫波的振動矢量(垂直於波的傳播方向)偏於某些方向的現象。縱波不發生偏振。 振動方向對於傳播方向的不對稱性叫做偏振(polarization),它是橫波區別於其他縱波的一個最明顯的標誌。光波電矢量振動的空間分布對於光的傳播方向失去對稱性的現象叫做光的偏振。只有橫波才能產生偏振現象,故光的偏振是光的波動性的又一例證。

基本釋義

偏振是指橫波的振動矢量(垂直於波的傳播方向)偏於某些方向的現象。縱波只沿著與波一致的方向振動,所以沒有偏振。

振動方向對於傳播方向的不對稱性叫做偏振(polarization),它是橫波區別於其他縱波的一個最明顯的標誌。只有橫波才能產生偏振現象,故光的偏振是光的波動性的又一例證。在垂直於傳播方向的平面內,包含一切可能方向的橫振動,且平均說來任一方向上具有相同的振幅,這種橫振動對稱於傳播方向的光稱為自然光(非偏振光)。凡其振動失去這種對稱性的光統稱偏振光。

光的偏振

釋義

光波電矢量振動的空間分布對於光的傳播方向失去對稱性的現象叫做光的偏振。它是一種光的橫波的振動矢量(垂直於波的傳播方向)偏於某些方向的現象。

偏振光分類

1、線偏振光

在光的傳播過程中,只包含一種振動,其振動方向始終保持在光的偏振同一平面內,這種光稱為線偏振光(或平面偏振光)。你可以通過一個實驗想像這是一種什麼景象:你把一根繩子的一頭拴在鄰居院子裡的樹上,另一頭拿在你手裡。再假定繩子是從籬笆的兩根竹子的正當中穿過去的。如果你現在拿繩子上下振動,繩子產生的波就會從兩根竹子之間通過,並從你的手傳到那棵樹上。這時,那座籬笆對你的波來說是"透明的"。但是,要是你讓繩子左右波動,繩子就會撞在兩根竹子上,波就不會通過籬笆了,這時這座籬笆就相當於一個起偏振器件。

2、部分偏振光

光波包含一切可能方向的橫振動,但不同方向上的振幅不等,在兩個互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值,這種光稱為部分偏振光。自然光和部分偏振光實際上是由許多振動方向不同的線偏振光組成。

偏振光套用

偏光式3D技術普遍用於商業影院和其它高端套用,它是偏振光的典型套用。在技術方式上和快門式是一樣的,其不同的是被動接收所以也被稱為屬於被動式3D技術,輔助設備方面的成本較低,但對輸出設備的要求較高,所以非常適合商業影院等需要眾多觀眾的場所使用。不閃式就是利用此原理。

原理:

偏振光3D眼鏡原理圖偏振光3D眼鏡原理圖

立體感產生的主要原因是左右眼看到的畫面不同,左右眼位置不同所以畫面會有一些差異。

拍攝立體圖像時就是用2個鏡頭一左一右。然後左邊鏡頭的影像經過一個橫偏振片過濾,得到橫偏振光,右邊鏡頭的影像經過一個縱偏振片過濾,得到縱偏振光。

立體眼鏡的左眼和右眼分別裝上橫偏振片和縱偏振片,橫偏振光只能通過橫偏振片,縱偏振光只能通過縱偏振片。這樣就保證了左邊相機拍攝的東西只能進入左眼,右邊相機拍攝到的東西只能進入右眼,於是乎就立體了。

產生方法

從自然光獲得線偏振光的方法有以下四種:

1、利用反射和折射。

2、利用二向色性。

3、利用晶體的雙折射。

4、利用散射。

另外,線偏振光可以經過波晶片產生圓偏振光和橢圓偏振光。

套用

1. 電子表的液晶顯示用到了偏振光。

兩塊透振方向相互垂直的偏振片當中插進一個液晶盒,盒內液晶層的上下是透明的電極板,它們刻成了數字筆畫的形狀。外界的自然光通過第一塊偏振片後,成了偏振光。這束光在通過液晶時,如果上下兩極板間沒有電壓,光的偏振方向會被液晶鏇轉90度(這種性質叫做液晶的鏇光性),於是它能通過第二塊偏振片。第二塊偏振片的下面是反射鏡,光線被反射回來,這時液晶盒看起來是透明的。但在上下兩個電極間有一定大小的電壓時,液晶的性質改變了,鏇光性消失,於是光線通不過第二塊偏振片,這個電極下的區域變暗,如果電極刻成了數字的筆畫的形狀,用這種方法就可以顯示數字。

2. 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、陳列櫥櫃、油漆表面、塑膠表面等,常常會出現耀斑或反光,這是由於光線的偏振而引起的。在拍攝時加用偏振鏡,並適當地鏇轉偏振鏡面,能夠阻擋這些偏振光,藉以消除或減弱這些光滑物體表面的反光或亮斑。要通過取景器一邊觀察一邊轉動鏡面,以便觀察消除偏振光的效果。當觀察到被攝物體的反光消失時,既可以停止轉動鏡面。

3. 攝影時控制天空亮度,使藍天變暗。

由於藍天中存在大量的偏振光,所以用偏振鏡能夠調節天空的亮度,加用偏振鏡以後,藍天變的很暗,突出了藍天中的白雲。偏振鏡是灰色的,所以在黑白和彩色攝影中均可以使用。

4. 使用偏振鏡看立體電影

在觀看立體電影時,觀眾要戴上一副特製的眼鏡,這副眼鏡就是一對透振方向互相垂直的偏振片。立體電影是用兩個鏡頭如人眼那樣從兩個不同方向同時拍攝下景物的像,製成電影膠片。在放映時,通過兩個放映機,把用兩個攝影機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。這時如果用眼睛直接觀看,看到的畫面是模糊不清的,要看到立體電影,就要在每架電影機前裝一塊偏振片,它的作用相當於起偏器。從兩架放映機射出的光,通過偏振片後,就成了偏振光.左右兩架放映機前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而產生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。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,每隻眼睛只看到相應的偏振光圖象,即左眼只能看到左機映出的畫面,右眼只能看到右機映出的畫面,這樣就會像直接觀看那樣產生立體感覺。這就是立體電影的原理。

當然,實際放映立體電影是用一個鏡頭,兩套圖象交替地印在同一電影膠片上,還需要一套複雜的裝置。光在晶體中的傳播與偏振現象密切相關,利用偏振現象可了解晶體的光學特性,製造用於測量的光學器件,以及提供諸如岩礦鑑定、光測彈性及雷射調製等技術手段。

5. 生物的生理機能與偏振光

人的眼睛對光的偏振狀態是不能分辨的,但某些昆蟲的眼睛對偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支單眼、兩支複眼,每個複眼包含有6300個小眼,這些小眼能根據太陽的偏光確定太陽的方位,然後以太陽為定向標來判斷方向,所以蜜蜂可以準確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。

再如在沙漠中,如果不帶羅盤,人是會迷路的,但是沙漠中有一種螞蟻,它能利用天空中的紫外偏光導航,因而不會迷路。

6. 汽車使用偏振片防止夜晚對面車燈晃眼

遠光燈是非常討厭的,但是利用光的偏振可以解決這個問題。我們可以將汽車燈罩設計成斜方向45°的偏振鏡片,這樣射出去的光都是有規律的斜向光。汽車駕駛員戴一副夜間眼鏡,偏振方向與燈罩偏振方向相同。如此一來,駕駛員只能看到自己汽車射出去的光,而對面汽車射來光的震動方向,正好是與本方向汽車程90°角,那樣對面的車燈光線就不會再晃到駕駛員的眼睛。

當然這個構想要實現還是需要很漫長的道路的,首先世界必須制定一個統一的標準,來規定燈罩與眼鏡的偏振方向;其次偏振眼鏡必然會損失一部分光線,那么駕駛員的視野會受到影響;而且汽車大燈的功率都很大,其一半的能量都被偏振鏡片吸收,一定會產生大量的熱,對於汽車燈罩的做工,也是一個非常大的考驗。

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