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1、偏振光浅析摘要：本文主要探讨有关偏振光的理论以及产生偏振光的常见方法.关键词：偏振光；Brewster定律；Malus定律；双折射光的偏振现象从发现至今已300余年，当今在各个领域具有相当广泛的运用.从理论和实验两方面透彻了解偏振光及产生偏振光的机理，无论是对于光学的学习还是相关研究都具有十分重要的意义.1. 光的偏振(1) 偏振的发展史光的偏振最早是Isaac Newton在17041706年间引入光学的；光的偏振这一术语是Malus在1809年首先提出的，并在实验室发现了光的偏振现象；Maxwell在18651873年间建立了光的电磁理论,从本质上说明了光的偏振现象.(2) 偏振光的定义光
2、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.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称为光的偏振. Maxwell从理论上证明了光波的电矢量E和磁矢量H都垂直于光波的传播方向，即光是横波.另外，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.(3) 偏振光的分类按照其性质,偏振光可分为平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振、部分偏振光几种.如果光波电矢量的振动方向只局限在一确定的平面内，则这种偏振光称为平面偏振光，因其电矢量的末端
3、轨迹在传播过程中为一直线，故又称线偏振光.如果光波电矢量随时间作有规则地改变，即电矢量末端轨迹在垂直于传播方向的平面上呈圆形或椭圆形,则称为圆偏振光或椭圆偏振光.如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势，这种偏振光就称为部分偏振光.2. 偏振的有关理论(1) Brewster定律自然光经介质的发射折射或吸收后，产生出的光波电矢量振动在某一方面具有相对的优势偏振光.当自然广以一般入射角射到折射率为n的介质表面时，其反射光是部分偏振光；当自然广以特殊角度i0（即Brewster角）入射到介质表面时，其反时光就是完全偏振光.Brewster角与截至折射率有如下关系：(2)
4、Malus定律Malus在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0cos2其中的a是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角.3. 产生偏振光的方法(1) 非金属镜面的反射.通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光.并且当入射角增大到某一特定值0时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，如图所示，这时入射角0称为Brewster角，也称为起偏角.由Brewster定律得：其中、分别为两种介质的折射率，为相对折射率.(2) 多层玻璃片的折射.当自然光以Brewster角入射到由多层平行玻璃片重叠在一起构成的玻璃片
5、堆上时，由于在各个界面上的反射光都是振动面垂直入射面的线偏振光，故经过多次反射后，透出来的透射光也就接近于振动方向平行于入射面的线偏振光.(3) 利用偏振片的二向色性起偏.将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏.某些有机化合物晶体具有二向色性，它往往吸收某一振动方向的入射光，而与此方向垂直振动的光则能透过，从而可获得线偏振光.利用这类材料制成的偏振片可获得较大截面积的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能达到一定的偏振度.(4) 利用晶体的双折射起偏.自然光通过各向异性的晶体时将发生双折射现象，双折射产生的寻常光（o光）和非常光（e光）均为线偏振光.o光光矢量的振动方向垂直于自己的主截面；e
6、光光矢量的振动方向在自己的主截面内.方解石是典型的天然双折射晶体，常用它制成特殊的棱镜以产生线偏振光.4. 常见的起偏元件(1) 光学棱镜（利用光学双折射的原理制成）a. Nicol棱镜Nicol棱镜是将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用特种树胶粘合成一体的长方形柱形棱镜（如图所示）.自然光射入第一棱镜的端面后，分成寻常光o与非常光e.由于所选用的树胶的折射率（n =1.55）介于方解石对o光的折射率（n.1658）和对e光的主折射率（ne=1486）之间.当入射方向与Nicol棱镜长边方向之间的夹角小于14时，o光由方解石射到树胶层时，入射角已超过临界角，o光将发生全反射而不能穿过树胶层，全
7、反射的o光被涂黑的侧面所吸收.至于非常光不发生全反射，大部分能量透过树胶层并穿过第二棱镜射出，出射的偏振光的振动面在棱镜的主平面内，图中右边画短线的直线所示.这样，用Nicol棱镜便可获得光振动在主平面上的偏振光.当入射方向与Nicol棱镜长边方向之间的夹角大于14时，不能将o光与e光分开.b. Wollaston棱镜Wollaston棱镜是由两方解石直角棱镜胶合而成，由自然光可得两束分开的线偏振光.方解石none ，光从棱镜1进入棱镜2时，o光变e光（光密光疏），e光变o光（光疏光密），前者折射角大于入射角，后者折射角小于入射角，二者分开.进入空气后均是由光密光疏，得到进一步分开的二束线偏振
8、光.c. Glan-Thompson棱镜Glan-Thompson棱镜由两个方解石直角棱镜胶合而成，光轴的取向使o光、e光对应的恰是no、ne两个主折射率.no(1.6584)n (1.55)ne (1.4864)光在第二个棱镜中是o光，它由光密光疏，且i临界角故在交界面全反射，并被涂层吸收.光在第一个棱镜中是e光，它由光疏光密，不会全反射而折射进入树胶和第二个棱镜.该棱镜的作用是使e光不偏离入射方向.(2) 偏振片(由自然光获得线偏振光的平面片状器件)a. 微晶型：利用晶体的二向色性（对某一方向的光振动有强烈吸收）起偏，如把硫酸碘奎宁的针状粉末定向排在透明的基片上.b. 分子型：利用导电线栅的原理起偏，如把富含自由电子的碘附在拉伸的塑料薄膜上.参考文献：1蔡履中,王成彦,周玉芳.光学.济南:山东大学出版社,2002.2国克喜,马宝民,魏爱俭.实验光学,济南:山东大学出版社,20043网站
