偏振光特性

橫波有一個(gè)特性，就是它的振動(dòng)是有極性的。在與傳播方向垂直的平面上，它可以向任一方向振動(dòng)。一般把光波電場(chǎng)振動(dòng)方向作為光振動(dòng)方向。如果一束光線都在同一方向上振動(dòng)，就稱它們是偏振光，或嚴(yán)格一點(diǎn)，稱為完全偏振光。一般的自然光在各個(gè)方向振動(dòng)是均勻分布的，是非偏振光。但是，光滑的非金屬表面在一定角度下（稱為布儒斯特角，與物質(zhì)的折射率有關(guān)）反射形成的眩光是偏振光。偏離了這個(gè)角度，就會(huì)有部分非偏振光混雜在偏振光里。我們稱這種光線為部分偏振光。部分偏振光是有程度的。偏離的角度越大，偏振光的成分越少，最終成為非偏振光。

方法一

通過(guò)反射、多次折射、雙折射和選擇性吸收的方法可以獲得平面偏振光。可采用具有選擇吸收的偏振片產(chǎn)生平面偏振光。

方法二

偏振片是用人工方法制成的薄膜，是用特殊方法使選擇性吸收很強(qiáng)的微粒晶體在透明膠層中作有規(guī)則排列而制成的，它允許透過(guò)某一電矢量振動(dòng)方向的光（此方向稱為偏振化方向），而吸收與其垂直振動(dòng)的光，即具有二向色性. 因此自然光通過(guò)偏振片后，透射光基本上成為平面偏振光。由于偏振片易于制作，所以它是普遍使用的偏振器。

偏振光是指光矢量的振動(dòng)方向不變，或具有某種規(guī)則地變化的光波。按照其性質(zhì),偏振光又可分為平面偏振光（線偏振光）、圓偏振光和橢圓偏振光、部分偏振光幾種。如果光波電矢量的振動(dòng)方向只局限在一確定的平面內(nèi)，則這種偏振光稱為平面偏振光，因?yàn)檎駝?dòng)的方向在傳播過(guò)程中為一直線，故又稱線偏振光。如果光波電矢量隨時(shí)間作有規(guī)則地改變，即電矢量末端軌跡在垂直于傳播方向的平面上呈圓形或橢圓形,則稱為圓偏振光或橢圓偏振光。如果光波電矢量的振動(dòng)在傳播過(guò)程中只是在某一確定的方向上占有相對(duì)優(yōu)勢(shì)，這種偏振光就稱為部分偏振光。

自然光

光波是橫波，即光波矢量的振動(dòng)方向垂直于光的傳播方向。通常，光源發(fā)出的光波，其光波矢量的振動(dòng)在垂直于光的傳播方向上作無(wú)規(guī)則取向，但統(tǒng)計(jì)平均來(lái)說(shuō)，在空間所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是機(jī)會(huì)均等的，它們的總和與光的傳播方向是對(duì)稱的，即光矢量具有軸對(duì)稱性、均勻分布、各方向振動(dòng)的振幅相同，這種光就稱為自然光。

完全偏振光

（a）線偏振光

光矢量端點(diǎn)的軌跡為直線，即光矢量只沿著一個(gè)確定的方向振動(dòng)，其大小隨相位變化、方向不變，稱為線偏振光。

（b）橢圓偏振光

光矢量端點(diǎn)的軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小、方向隨時(shí)間有規(guī)律的變化。

（c）圓偏振光

光矢量端點(diǎn)的軌跡為一圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小不變，但方向隨時(shí)間有規(guī)律地變化。

部分偏振光

在垂直于光傳播方向的平面上，含有各種振動(dòng)方向的光矢量，但光振動(dòng)在某一方向更顯著，不難看出，部分偏振光是自然光和完全偏振光的疊加。

光的偏振現(xiàn)象可以借助于實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行檢測(cè)，P1、P2是兩塊同樣的偏振片。通過(guò)一片偏振片p1直接觀察自然光（如燈光或陽(yáng)光），透過(guò)偏振片的光雖然變成了偏振光，但由于人的眼睛沒(méi)有辨別偏振光的能力，故無(wú)法察覺(jué)。如果我們把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2緩慢地轉(zhuǎn)動(dòng)，就可發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨著P2轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)周期性的變化，而且每轉(zhuǎn)過(guò)90°就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度從最大逐漸減弱到最暗；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)P2則光強(qiáng)又從接近于零逐漸增強(qiáng)到最大。由此可知，通過(guò)P1的透射光與原來(lái)的入射光性質(zhì)是有所不同的，這說(shuō)明經(jīng)P1的透射光的振動(dòng)對(duì)傳播方向不具有對(duì)稱性。

自然光經(jīng)過(guò)偏振片后，改變成為具有一定振動(dòng)方向的光。這是由于偏振片中存在著某種特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允許平行于偏振化方向的振動(dòng)通過(guò)，同時(shí)過(guò)濾掉垂直于該方向振動(dòng)的光。通過(guò)偏振片的透射光，它的振動(dòng)限制在某一振動(dòng)方向上,我們把第一個(gè)偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光變成偏振光，但是人的眼睛不能辨別偏振光。必須依靠第二片偏振片P2去檢查。旋轉(zhuǎn)P2，當(dāng)它的偏振化方向與偏振光的偏振面平行時(shí)，偏振光可順利通過(guò)，這時(shí)在P2的后面有較亮的光。當(dāng)P2的偏振方向與偏振光的偏振面垂直時(shí)，偏振光不能通過(guò)，在P2后面也變暗。第二個(gè)偏振片幫助我們辨別出偏振光，因此它也稱為“檢偏器”。

振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光波是電磁波，因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動(dòng)矢量E和磁振動(dòng)矢量H都與傳播速度v垂直，因此光波是橫波，它具有偏振性。 具有偏振性的光則稱為偏振光。

分子的手性和旋光活性

當(dāng)分子中的一個(gè)碳原子與四個(gè)不同的基團(tuán)連接時(shí)，這個(gè)化合物可能有兩種不同的排列方式。

如圖1可知，以上兩個(gè)分子在空間不能重疊，它們并不是同一種化合物，

這兩個(gè)構(gòu)型化合物的不同表現(xiàn)在對(duì)平面偏振光的不同影響。手性實(shí)際上是指兩個(gè)化合物互為實(shí)物與鏡像關(guān)系，不能重合的性質(zhì)。

旋光活性：使偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)。具有手性的分子具有旋光活性。見(jiàn)圖2。

同分異構(gòu)現(xiàn)象的分類

分子的同分異構(gòu)現(xiàn)象可以分為兩類：構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu)。構(gòu)造異構(gòu)又可以分為碳鏈異構(gòu)，位置異構(gòu)和官能團(tuán)異構(gòu)；立體異構(gòu)可以分為構(gòu)型異構(gòu)和構(gòu)象異構(gòu)；其中，構(gòu)型異構(gòu)又可以分為順?lè)串悩?gòu)（幾何異構(gòu)）和對(duì)映異構(gòu)（旋光異構(gòu)）。

旋光度和比旋光度

由物質(zhì)的旋光性可以將物質(zhì)分為兩類：一類是可以使平面偏振光振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，叫做旋光性物質(zhì)；另一類是是不能使平面偏振光振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，是非旋光性物質(zhì)。

旋光物質(zhì)使偏振光旋轉(zhuǎn)的角度叫做旋光度，以“α”表示。順時(shí)針，表示右旋，用 表示；逆時(shí)針，表示左旋，用-表示。但旋光度α受到溫度，光源，濃度等的影響，因此，用另一個(gè)量來(lái)描述物質(zhì)的旋光性，即比旋光度。比旋光度一般用[a]表示，即單位濃度和單位長(zhǎng)度下的旋光度，是旋光物質(zhì)的特征物理常數(shù)。在實(shí)際工作中，常常可以用不同長(zhǎng)度的旋光管和不同的樣品濃度測(cè)定某物質(zhì)溶液的旋光度α，并按下式進(jìn)行換算得出該物質(zhì)的比旋光度[α]。

[α] = 100α/ l* C

式中：C--溶液的濃度（g/100mL）；l--旋光管長(zhǎng)度（dm）。

若被測(cè)物質(zhì)是純液體，則按下式進(jìn)行換算。

[α] = α/ l* ρ

式中：ρ--液體的密度。

除此之外，有的文獻(xiàn)采用分子比旋光度m來(lái)表示物質(zhì)的旋光性質(zhì)。分子比旋光度與比旋光度的換算公式如下：

[m]=（[α]*相對(duì)分子質(zhì)量）\100

旋光性物質(zhì)的旋光度和旋光方向可用旋光儀進(jìn)行測(cè)定。因偏振光的波長(zhǎng)和測(cè)定時(shí)的溫度對(duì)比旋光度也有影響，故表示比旋光度時(shí)，還要把溫度及光源的波長(zhǎng)標(biāo)出，將溫度寫(xiě)在[α]的右上角，波長(zhǎng)寫(xiě)在右下角。溶劑對(duì)比旋光度也有影響，故也要注明所用溶劑。例如某物質(zhì)的比旋光度為：[α]20D = 98.3（C=1,CH3OH），這說(shuō)明該物質(zhì)的比旋光度為右旋98.3，測(cè)定時(shí)的溫度為20℃，使用D鈉光，溶劑為甲醇，溶液濃度為1%。

汽車車燈

汽車夜間在公路上行駛與對(duì)面的車輛相遇時(shí)，為了避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開(kāi)小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對(duì)面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時(shí)，既不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。

另外，在陽(yáng)光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過(guò)來(lái)的耀眼的陽(yáng)光，常會(huì)使眼睛睜不開(kāi)。由于光是橫波，所以這些強(qiáng)烈的來(lái)自上空的散射光基本上是水平方向振動(dòng)的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽(yáng)鏡便可擋住部分的散射光。

觀看立體電影

在拍攝立體電影時(shí)，用兩個(gè)攝影機(jī)，兩個(gè)攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時(shí)分別拍下同一物體的兩個(gè)畫(huà)像，放映時(shí)把兩個(gè)畫(huà)像同時(shí)映在銀幕上。如果設(shè)法使觀眾的一只眼睛只能看到其中一個(gè)畫(huà)面，就可以使觀眾得到立體感。為此，在放映時(shí)，兩個(gè)放像機(jī)每個(gè)放像機(jī)鏡頭上放一個(gè)偏振片，兩個(gè)偏振片的偏振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機(jī)上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機(jī)上的偏振化方向相同，這樣，銀幕上的兩個(gè)畫(huà)面分別通過(guò)兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了。

攝像機(jī)鏡頭

自然光在玻璃、水面、木質(zhì)桌面等表面反射時(shí)，反射光和折射光都是偏振光，而且入射角變化時(shí)，偏振的程度也有變化。在拍攝表面光滑的物體，如玻璃器皿、水面、陳列櫥柜、油漆表面、塑料表面等，常常會(huì)出現(xiàn)耀斑或反光，這是由于反射光波的干擾而引起的。如果在拍攝時(shí)加用偏振鏡，并適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)偏振鏡片，讓它的透振方向與反射光的透振方向垂直，就可以減弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。

測(cè)量相關(guān)物理量

偏振光通過(guò)一些介質(zhì)后，其振動(dòng)方向相對(duì)原來(lái)的振動(dòng)方向會(huì)發(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的這個(gè)角度叫旋光度，旋光度與介質(zhì)的濃度、長(zhǎng)度、折射率等因素有關(guān)。測(cè)量旋光度的大小，就可以知道介質(zhì)相關(guān)物理量的變化 。

生物生理機(jī)能

人的眼睛對(duì)光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆蟲(chóng)的眼睛對(duì)偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支單眼、兩支復(fù)眼，每個(gè)復(fù)眼包含有6300個(gè)小眼，這些小眼能根據(jù)太陽(yáng)的偏光確定太陽(yáng)的方位，然后以太陽(yáng)為定向標(biāo)來(lái)判斷方向，所以蜜蜂可以準(zhǔn)確無(wú)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(pán)，人是會(huì)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(dǎo)航，因而不會(huì)迷路。

LCD液晶屏

LCD技術(shù)是把液晶灌入兩個(gè)列有細(xì)槽的平面之間。這兩個(gè)平面上的槽互相垂直（相交成90度）。也就是說(shuō)，若一個(gè)平面上的分子南北向排列，則另一平面上的分子?xùn)|西向排列，而位于兩個(gè)平面之間的分子被強(qiáng)迫進(jìn)入一種90度扭轉(zhuǎn)的狀態(tài)。由于光線順著分子的排列方向傳播，所以光線經(jīng)過(guò)液晶時(shí)也被扭轉(zhuǎn)90度。但當(dāng)液晶上加一個(gè)電壓時(shí)，分子便會(huì)重新垂直排列，使光線能直射出去，而不發(fā)生任何扭轉(zhuǎn)。

LCD是依賴極化濾光器（片）和光線本身。自然光線是朝四面八方隨機(jī)發(fā)散的。極化濾光器實(shí)際是一系列越來(lái)越細(xì)的平行線。這些線形成一張網(wǎng)，阻斷不與這些線平行的所有光線。極化濾光器的線正好與第一個(gè)垂直，所以能完全阻斷那些已經(jīng)極化的光線。只有兩個(gè)濾光器的線完全平行，或者光線本身已扭轉(zhuǎn)到與第二個(gè)極化濾光器相匹配，光線才得以穿透。

LCD正是由這樣兩個(gè)相互垂直的極化濾光器構(gòu)成，所以在正常情況下應(yīng)該阻斷所有試圖穿透的光線。但是，由于兩個(gè)濾光器之間充滿了扭曲液晶，所以在光線穿出第一個(gè)濾光器后，會(huì)被液晶分子扭轉(zhuǎn)90度，最后從第二個(gè)濾光器中穿出。另一方面，若為液晶加一個(gè)電壓，分子又會(huì)重新排列并完全平行，使光線不再扭轉(zhuǎn)，所以正好被第二個(gè)濾光器擋住?？傊?，不加電將光線射出，加電則使光線阻斷。

醫(yī)療

運(yùn)動(dòng)性疼痛——各種亞急性慢性肌肉痛和關(guān)節(jié)痛；各種骨關(guān)節(jié)退行性病變所致的疼痛：頸椎病、肩周炎、肱骨外上髁炎；腰椎間盤(pán)突出癥、膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎、足跟痛與足底痛及各種關(guān)節(jié)炎等；

紅外偏振光治療的特點(diǎn)：

①無(wú)損傷，②無(wú)痛苦，③無(wú)感染危險(xiǎn)，④治療時(shí)間短，⑤無(wú)副作用及并發(fā)癥，⑥適應(yīng)范圍廣，⑦作為神經(jīng)阻滯的輔助療法或替代療法。

偏振光可用于對(duì)藥物有變態(tài)反應(yīng)的高齡、出血性疾病等不宜神經(jīng)阻滯的患者?？膳c各種藥物療法并用。操作者無(wú)須較高的醫(yī)療技術(shù)，在醫(yī)師指導(dǎo)下護(hù)士即可完成局部普通照射操作。

激光是單色線性偏振光，紅外偏振光是寬譜橢圓偏振光，類似于不同波段低功率激光的復(fù)合應(yīng)用。試驗(yàn)證明，不同波段激光復(fù)合應(yīng)用的療效多優(yōu)于單一激光。

人類對(duì)偏振光的感知能力，是因?yàn)橛幸环N叫做葉黃素的化學(xué)物質(zhì)，在視網(wǎng)膜上一個(gè)叫做黃斑的區(qū)域，呈同心圓樣排列著。葉黃素在自然界中廣泛存在，分子結(jié)構(gòu)纖細(xì)苗條。這種貌似普通的化學(xué)物質(zhì)，有著一種特殊的光學(xué)性質(zhì)：當(dāng)它的長(zhǎng)軸和偏振光振動(dòng)方向平行，葉黃素將會(huì)吸收射入光線中的藍(lán)光。

這樣，經(jīng)過(guò)B區(qū)域的葉黃素的過(guò)濾，顯示器散發(fā)的垂直白色偏振光，將以黃色——藍(lán)色的互補(bǔ)色——投射在視網(wǎng)膜感光細(xì)胞上。因此看到兩把水平黃刷子。而垂直部分（A區(qū)域），一切照常，但是由于心理性成像（psychological vision），這部分將形成更是微弱難辨的藍(lán)色刷子。大部分人經(jīng)過(guò)“看刷子訓(xùn)練”，都可以看到這個(gè)微弱的影像 。

偏振釋義

光波電矢量振動(dòng)的空間分布對(duì)于光的傳播方向失去對(duì)稱性的現(xiàn)象叫做光的偏振。它是一種光的橫波的振動(dòng)矢量(垂直于波的傳播方向)偏于某些方向的現(xiàn)象。

偏振偏振光分類

1、線偏振光

在光的傳播過(guò)程中，只包含一種振動(dòng)，其振動(dòng)方向始終保持在光的偏振同一平面內(nèi)，這種光稱為線偏振光（或平面偏振光)。你可以通過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)想象這是一種什么景象：你把一根繩子的一頭拴在鄰居院子里的樹(shù)上，另一頭拿在你手里。再假定繩子是從籬笆的兩根竹子的正當(dāng)中穿過(guò)去的。如果你現(xiàn)在拿繩子上下振動(dòng)，繩子產(chǎn)生的波就會(huì)從兩根竹子之間通過(guò)，并從你的手傳到那棵樹(shù)上。這時(shí)，那座籬笆對(duì)你的波來(lái)說(shuō)是"透明的"。但是，要是你讓繩子左右波動(dòng)，繩子就會(huì)撞在兩根竹子上，波就不會(huì)通過(guò)籬笆了，這時(shí)這座籬笆就相當(dāng)于一個(gè)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(dòng)，但不同方向上的振幅不等，在兩個(gè)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(shí)際上是由許多振動(dòng)方向不同的線偏振光組成。

偏振偏振光應(yīng)用

偏光式3D技術(shù)普遍用于商業(yè)影院和其它高端應(yīng)用，它是偏振光的典型應(yīng)用。在技術(shù)方式上和快門(mén)式是一樣的，其不同的是被動(dòng)接收所以也被稱為屬于被動(dòng)式3D技術(shù)，輔助設(shè)備方面的成本較低，但對(duì)輸出設(shè)備的要求較高，所以非常適合商業(yè)影院等需要眾多觀眾的場(chǎng)所使用。不閃式就是利用此原理。

原理：

立體感產(chǎn)生的主要原因是左右眼看到的畫(huà)面不同，左右眼位置不同所以畫(huà)面會(huì)有一些差異。

拍攝立體圖像時(shí)就是用2個(gè)鏡頭一左一右。然后左邊鏡頭的影像經(jīng)過(guò)一個(gè)橫偏振片過(guò)濾，得到橫偏振光，右邊鏡頭的影像經(jīng)過(guò)一個(gè)縱偏振片過(guò)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(guò)橫偏振片，縱偏振光只能通過(guò)縱偏振片。這樣就保證了左邊相機(jī)拍攝的東西只能進(jìn)入左眼，右邊相機(jī)拍攝到的東西只能進(jìn)入右眼，于是乎就立體了。