《偏振光的应用及学习.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《偏振光的应用及学习.doc（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、引例2010年5月1日举世瞩目的上海世博会正式开幕，其中最令人心动的是其中大屏幕投影技术的应用。可以让参观者有身临其境的感觉，并让人们可以充分感受不同国家、不同地域的文化特色与其所掌握的领先先进技术。其中有很多都有偏振光的应用，那偏振光有是怎样的应用的呢，下面我就先简单解释一下它的应用原理。要想让人们有立体的感觉，首先要利用双通道视景仿真系统，而双通道视景仿真系统实际上是一个双通道立体投影系统。双通道立体投影系统可分为被动式立体和主动式立体二部分，一般使用最多的是被动式立体。被动式立体成像一般情况下是使用两台投影机，一台投射左眼图像，另外一台投射右眼图像，将左右眼图像同时投射到屏幕上。投影机镜
2、头前安装偏振光片，使投射的光线变成偏振光，而观众配带的立体眼镜的镜片也是偏振光片，并且左眼的偏振片与投射左眼图像的投影机的偏振光片的偏振方向是相同的，右眼的偏振片与投射右眼图像的投影机的偏振光片的偏振方向是相同的。这样左眼图像只能透过左眼镜片，而右眼图像也只能透过右眼镜片，从而使观众看到立体的图像。相关知识光的概念光波是横波，光矢量在垂直于波线的平面上作二维振动，光矢量的振动方式，叫做光波的偏振态。光矢量在一条直线上作简谐振动，叫做线偏振光，如果光矢量的矢头的轨迹为椭圆（或圆），这种光叫做椭圆偏振光。普通的光源，是大量原子（分子）的集合，每个原子（分子）都可能随机的辐射光波，由一个宏观光源辐射
3、出来的光波是各个原子（分子）辐射的光波的合波，光波的偏振方向和光强都是随机变量，这种以等概率呈现为各种偏振态的光，通常认为是非偏振光。偏振光的物理特性偏振光在各向异向性介质中有很多特殊的性质。常见的包括，双折射，旋光效应，场致双折射效应等。双折射现象是指各向异向性介质对于不同偏振方向的光波有不同的吸收系数和折射率，对于各向同向性介质，在外力或应力的作用下，也可以表现出各向异向的双折射特性。这种折射率的不同，表现为折射角和相位不同。而旋光效应是指线偏振光在通过一些特定的晶体、非晶体、液体和气体的光轴时，偏振面会发生旋转，且旋转角度与光波在介质中传播的距离成正比。同分异构体可以表现出不同的旋光性，
4、例如人体内的葡萄糖均表现出右旋的特性。还有在某些各向同性的透明介质中外加电场作用下变为各向异性，表现出双折射现象，介质具有单轴晶体的特性，并且光轴在电场的方向上，这一现象又称为克尔效应（Keer effect）。某些液体的克尔效应比较显著。克尔效应最大的特点是几乎没有延迟时间，它随着电场的产生与消失很快地产生和消失，能追随非常快的交变外电场响应频率可达1010赫兹。应用1. 、偏振现象在摄影技术中的应用在摄影技术中，为了在不同自然条件下拍到理想的或具有艺术效果的照片，一般在照相机镜头前加不同的镜片。其中一种镜片是“偏光镜”。偏光镜的用途之一是为了更清楚的拍摄水中的物体和鱼类等。如在公园清澈的水
5、塘中游荡着漂亮的金鱼，用相机拍照的最大问题是水表面反射的光线使人看不清水下的鱼。根据布儒斯特定律，自然光经水面反射后是部分偏振光，而在布儒斯特角时是平面偏振光，水的折射率为1.33，相应的布儒斯特角为i0=53。在相机的镜头前加上偏光镜，摄影者在岸上将相机以53左右（估计）对准水面，旋转镜头前的偏光镜，使其偏振化方向与反射光的偏振面垂直拍照（此时，在取景器中看到水中的物体最清楚），则可大大减小反射光的影响，拍到清晰的金鱼照片。2,、偏振光在医学上的应用人体组织的偏振性质人体组织，多数也不是各向同向性的物质，在一些透明的组织，这种各向异向的特点表现得更为明显。角膜的双折射几乎是线性的，对偏振光相
6、位的延迟量在中心处近似为常数，沿半径方向向边缘逐渐增大，左右眼的延迟性对称。角膜基本上不会对入射的完全偏振光去偏。晶状体的延迟非常小，并且从晶状体的中心到边缘逐渐减小。晶状体的双折射是线性的，但是具有沿半径向外减小的空间相关性。对于视网膜的偏振特性是研究最多的，视网膜的双折射主要来自于视网膜神经纤维层（RNFL），平行和垂直于RNFL偏振反射光由于RNFL的双折射特性而具有相位差，也就是偏振光相位的延迟量，这一延迟量与RNFL的厚度成正比。房水作为一种生物体内的溶液，也具有旋光性，旋光率与溶液的浓度成正比。对于房水，主要的可变溶质是葡萄糖，所以房水的延迟量是与葡萄糖浓度相关的。眼科方面：在眼科
7、中的应用偏振光的各种性质最早被应用于眼科，其中最常用的是利用视网膜神经纤维层的双折射性质来测量其厚度。视网膜的双折射主要来自于视网膜神经纤维层（RNFL），平行和垂直于RNFL偏振反射光由于RNFL的双折射特性而具有相位差，也就是偏振光相位的延迟量，这一延迟量与RNFL的厚度成正比。Weinreb等人改进了扫描激光偏振检眼镜，测量了猴眼的眼底，并其视网膜神经纤维层做了组织学切片，对照其厚度与偏振延迟度，Weinreb发现1度的延迟对应于约7.4m的RNFL厚度，并且有很好的线性相关性。相应的结果在人体也存在。于是基于双折射的RNFL厚度分析开始了大规模的研究，到目前已经有实用的设备应用于临床，
8、例如GDx和RTA。对于角膜的偏振特性的研究使角膜的厚度分析也成为可能，由于角膜屈光手术的飞速发展，这一类的研究正逐渐成为偏振光研究的热点。眼球作为一个透明组织，可以表现许多的全身疾病症状，也可以成为检测全身疾病指标的一个窗口。房水也具有旋光性，旋光率的变化主要由溶解的葡萄糖浓度决定，所以房水的延迟量是与葡萄糖浓度相关的，通过测量房水的延迟量可以推算出房水中葡萄糖浓度，也就可以间接测量血糖浓度。这是一个完全非侵入性的检查手段，也为各种生化检查打开了新的思路。未来的应用 可以看出偏振光还有许多诱人的特性没有应用在眼科领域。从偏振片的遮光作用到场致双折射性质，以及液晶这一受控偏振材料。偏振的研究在
9、眼科还是大有所为。3、各向异性材料组织的显示根据偏振光的反射原理，在各向异性的金属内部由于各晶粒的位向不同，干涉后的偏振光的振动方向的偏转角度不同，在正交的偏振光下则可以显示出不同的亮度。具有同样亮度的晶粒光轴一席话同接近，所以根据晶粒的明暗程度还可以判断晶粒的位向。对各向异性的金属磨面经抛光后不腐蚀就可以看到明暗不同的晶粒，这一点对难腐蚀出清晰组织的材料来说，是十分有利的分析途径。例如，球墨铸铁的组织中的石墨属于六方点阵，是各向异性的物质，在同一石墨球中具有许多不同位向的石墨晶粒，这些石墨晶粒在偏振光下可显示不同的亮度，从而分辨出石墨晶粒的方位、球状和大小。4、夹杂物各向同性与各向异性的鉴别
10、夹杂物按光学性质可分为各向异同性和各几异性两大类，这两类夹杂物可在偏振光下鉴别。各向同性的夹杂物在正交偏振光下，看到黑暗的消光现象，在转动载物台一周(360)时，其亮度不发生变化。各向异性的夹杂物在正交偏振光下不发生消光现象，在转动载物台一周(360)时会看到四次消光和四次最亮的现象。对某些弱各向异性的夹杂物，可使检偏振镜转动一个小的角度，在偏振镜下完全正交下观察。在转动载物台时，弱各向异性的夹杂物出现两次消光和两次最亮的现象。总结由此看来，偏振光的应用时十分广泛的。无论是在摄影还是医学方面都能发挥独特的作用，甚至在材料学方面也能大显身手，这也是令人称赞的地方。并且光学的应用，十分的安全并且准确度高，这在以后的工业生产中必将大放光芒。
