偏振光的原理探究與實際應(yīng)用

劉巖明

（山東省廣饒縣第一中學(xué)，東營 257300）

關(guān)于偏振光的研究，其區(qū)別于傳統(tǒng)光的特性使其能夠在特殊領(lǐng)域有著更加廣泛的應(yīng)用，基于高中階段對偏振光的學(xué)習(xí)，可以從偏振光原理分析的角度入手，對其實際應(yīng)用情況進(jìn)行分析，以完善關(guān)于偏振光的知識體系。

1 常見光的類型

在現(xiàn)實生活中，對于常見光可以根據(jù)其偏振態(tài)的情況分為非偏振光、部分偏振光、完全偏振光三種類型。

1.1 非偏振光

所謂非偏振光，也就是指較為常見的自然光，這種光具有傳播方向上的統(tǒng)一性，在任何一個傳播方向上，非偏振光的振幅均表現(xiàn)一致。

非偏振光是由大量原子、分子的光復(fù)合而成，單一原子、分子發(fā)出的光，其矢量方向與光的實際傳播方向相互垂直，且振動方向存在矢量上的高度一致。

1.2 部分偏振光

作為介于非偏振光和完全偏振光的一種特殊形態(tài)，部分偏振光的存在是由于在光的某一矢量方向上振幅占據(jù)優(yōu)勢，與其矢量方向垂直的光的振幅最?。ㄈ鐖D1所示）。

圖1 部分偏振光示意圖

由圖1可以看出，，也就意味著在相互垂直的兩個光矢量方向上的振動幅度矢量和并不相等。

1.3 完全偏振光

根據(jù)光矢量的傳播不同，對于完全偏振光可以將其分為線偏振光與橢圓偏振光兩種。線偏振光指的是光矢量振動方向的唯一性，這種線偏振光也被稱為平面偏振光；橢圓偏振光則區(qū)別于線偏振光，根據(jù)光矢量轉(zhuǎn)動過程中的振動強(qiáng)弱變化情況，可以將其分為橢圓偏振光與園偏振光。在研究過程中，為便于理解，可以將橢圓偏振光看做兩個相互垂直方向上的線偏振光的矢量合成，如此一來，將大大降低關(guān)于橢圓偏振光的研究難度。

2 偏振光的實際應(yīng)用

在現(xiàn)實生活中，偏振光技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，如當(dāng)前較為火熱的3D電影、紅外偏振光治療儀等。

2.1 偏振光與3D電影

隨著電影技術(shù)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在傳統(tǒng)2D電影基礎(chǔ)上發(fā)展起來的3D電影，為廣大消費(fèi)者帶來了全新的視聽體驗。從技術(shù)角度分析，以往2D電影所展現(xiàn)的僅僅是左右、上下的平面空間，3D電影則能夠呈現(xiàn)出包括前后在內(nèi)的三維空間，這就是利用了偏振光的原理。

在拍攝過程中，攝影師同時使用兩臺攝像機(jī)模擬人眼錄制視頻，進(jìn)而得到兩個不同視角看到的視頻圖像，其中，這兩臺攝像機(jī)的鏡頭分別加入了偏振片，且兩者能夠通過的偏振光矢量方向呈90°夾角。在觀看此類影片的過程中，需要佩戴專業(yè)的眼鏡（3D眼鏡）才能夠看到清晰的電影畫面，該眼鏡也是利用了偏振光的原理，左右兩個鏡片的偏振光矢量在方向上相互垂直（如圖2所示），且與錄制視頻時攝像機(jī)鏡頭偏振片的左右設(shè)置相一致，左邊眼鏡只能看到左邊攝像機(jī)錄制的視頻，右邊眼鏡只能看到右邊攝像機(jī)錄制的視頻，兩個影像在人的大腦中進(jìn)行合成，視頻的空間層次感也就體現(xiàn)出來。

圖2 3D眼鏡左右鏡片偏振光的通過情況（完全偏振）

2.2 紅外偏振光治療儀

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，偏振光的應(yīng)用也較為廣泛，其中，基于紅外偏振光的治療效果已經(jīng)得到臨床驗證，作為一種寬譜的橢圓偏振光來說，其效果類似于多波段低功率偏振光的復(fù)合應(yīng)用，在治療效果方面，要明顯優(yōu)于單一的激光治療技術(shù)。

在正常使用的情況下，基于多波段低功率的復(fù)合光照射作用，在偏振光方向軸上會產(chǎn)生復(fù)合光的諧振點，當(dāng)該諧振點作用于人的皮膚時，將導(dǎo)致人的皮膚升溫，為保證治療效果，多將溫度控制在37℃以下，使人體內(nèi)酶活性維持在最佳狀態(tài)。針對這一特點，紅外偏振光在醫(yī)學(xué)治療中的使用應(yīng)處于弱偏振的狀態(tài)，否則，將會對患者的身體造成不同程度的傷害。

2.3 偏振光在液體濃度檢測中的應(yīng)用

在現(xiàn)實生活中，基于某種原因，需要對某一特定溶液濃度進(jìn)行檢測，為此，研究人員通過檢測指定溶液旋光率的方法確定其濃度，所使用到的儀器就是旋光計。

旋光計由光源發(fā)生器、偏光鏡、測量管、檢偏鏡等部分共同組成，將待檢溶液注入測量管后，由于旋光的作用，通過檢測裝置可以看到相對應(yīng)的光亮，在轉(zhuǎn)動檢偏鏡的過程中，光亮大小在不斷變化，當(dāng)檢偏鏡的視野再次變暗的時，檢偏鏡的轉(zhuǎn)動角度就是待檢溶液的旋光度，進(jìn)而求出其濃度，具體計算公式如下：

其中，C為溶液的濃度（g/100mL），l為旋光管長度（dm）。

若被測物質(zhì)是純液體，則按下式進(jìn)行換算：

其中，ρ為液體的密度。為更好地分析溶液濃度，研究人員根據(jù)偏光角的不同設(shè)計了更為直接的溶液濃度，針對日常生活中常見的溶液旋光角的不同，制定了與之相對應(yīng)的濃度標(biāo)識卡片。

3 結(jié)束語

偏振光的應(yīng)用在一定程度上解決了日常生活中所面臨的部分問題，作為高中生，在學(xué)習(xí)偏振光原理的同時，應(yīng)當(dāng)將理論與實踐相結(jié)合，以完善自身知識體系，促進(jìn)個人全面發(fā)展。并且，在今后的學(xué)習(xí)中，應(yīng)當(dāng)具備創(chuàng)新意識，發(fā)現(xiàn)偏振光更多的應(yīng)用實例。