线偏振光原理

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1、线偏振光　　光振动(在垂直于光波前进方向的平面内)限于某一固定方向的偏振光，又称这种光为线偏平面偏振光。极大多数光源都不发射线偏振光而发射自然光，需要经过下列措施才能获得线偏振光。　　在透明媒质界面上的折射和反射 　让自然光以偏化角入射在二种不同透明媒质的界面时，可得完全偏振的反射光与部分偏振的透射光。以空气与玻璃为例，根据菲涅耳公式（见光在分界面上的折射和反射），此偏化角(布儒斯特角)为iP＝arctgn。如n＝1.5,iP＝57°。最简单产生与检查偏振光的偏振镜是用安置如图1的两块玻璃。最好用黑色玻璃，或用一般玻璃，反面磨毛涂黑，以吸收透射光及阻挡从玻璃后面射来的光。自然

2、光先以iP角射向下面一块玻璃，产生偏振垂直入射面的反射光射向第二块玻璃。当上面的玻璃的入射面和下面的平行时，则可从上面玻璃见到反射光。但如上下玻璃的入射面互相垂直，由于垂直第一块入射面的偏振成为平行第二块入射面的偏振，不能被反射，观察者虽随第二块转90°角,亦看不到反射光，得黑视场。这里下面一块称起偏镜，上面一块称检偏镜。只要能产生偏振光的一对器件，都可以达到起偏与检偏作用。这偏光镜虽简单，但入射光与出射光不在一条直线上，使用不便。如利用一堆玻璃片,作如图2的布置使入射角也是iP。由于经多片玻璃反射，透射光接近偏振光，而且与入射光在同一个方向上，很方便。所用的玻璃堆片每片的质

3、量要好，表面平，光洁度好，以减少杂散光。 　　通过双折射晶体 　有很多自然界的晶体，如方解石（又名冰洲石），石英（又名水晶）等等，当自然光入射后，分解为二束偏振光，故名双折射晶体。以方解石为例。方解石晶体外形如图3a。通过三个钝角汇合的顶角并和三面成等角的方向称光轴。光沿光轴方向传播，不产生双折射。沿其他方向，都产生双折射。以包含光轴并与棱体自然裂开面垂直的一个截面为例，如图3b。这截面称主截面。自然光在主截面内分解为寻常光（简称o光）,与非常光（简称e光）。o光遵守折射定律，垂直通过晶体,其偏振垂直主截面。e光不遵守折射定律，偏离o光而出射,其偏振平行主截面。这两偏振光进入

4、空气中后，为方便计，仍称o光与e光。o光与e光相距很近，如光束较粗，无法分开。为了只要一种偏振光，需采用以下棱镜。　　尼科耳棱镜 取长为宽约三倍的方解石,将两端面磨去一部分，使在主截面上锐角由71°减到68°。再将晶体沿着短对角线切开，一分为二。再将切开面磨平抛光，然后再用加拿大树胶粘合在一起。对于钠黄光λ＝5893┱，e光折射率为ne=1.48641，o光折射率no=1.65836,而加拿大树胶折射率为nc=1.550，介乎二者之间。当自然光从端面入射棱体，到达树胶层斜面，由于e光折射率小，可以透过。而o光折射率大,到达树胶层时入射角大于全反射角，被树胶层全反射到边缘，被黑

5、色涂层吸收。透到空气中只有e光，其偏振从出射方向的晶体端面看,是平行端面的短对角线的。入射、出射光束的发散角不能很大。出射光束发散角最大在24°左右，视所用光的波长而定。再大会使o光在一边透过，e光在另一边全反射，使偏振不纯。在紫外线区工作，要将加拿大树胶换以甘油或蓖麻油。尼科耳棱镜的缺点是,由于两端是斜面,入射光与透射光不在一条直线上。当转动棱镜时，透射光线随着转动而移动,接收处的位置要随着调动,很不方便。  　　格兰－汤普森棱镜 　将方解石或石英磨成光轴平行棱边的直角三棱镜两块，再用加拿大树胶粘合如图5。两棱镜中也可夹一空气薄层。光从端面垂直入射，o光在胶面上全反射，而e

6、光能透过。由于光垂直入射端面，反射较小，透射光强。并且转动棱镜，出射像可保持没有横向移动。　　阿伦氏棱镜 　将方解石磨成三块三棱镜，然后粘合在一起，如图6所示，通光面积,比格兰－汤普森棱镜大。空间的发散角约26°。有些高级的偏光显微镜的上、下偏光镜，常用这种棱镜。　　双像棱镜 　同时产生o、e两种偏振光。但它们的分离的角度比天然方解石棱体的o、e光较大。两光可以同时用，亦可分开用。　　通过双色性（又名二向色性）晶体 某些双折射晶体对二种互相垂直的偏振光具有不同的吸收。例如电气石吸收o光比吸收e光大得多。白光经过1毫米厚的电气石晶片，几乎全部o光被吸收而e光只略微被吸收。透过的

7、偏振光略带黄绿色，足见吸收对波长还有依赖关系。　　偏振片 　W.B.赫勒帕思在1852年发现碘化硫酸金鸡纳（奎宁）针状结晶有双色性吸收。厚约0.1毫米的晶体已能完全吸收o光。但晶粒微小,当时无法用以产生偏振光。直至1934年才有人将碘化硫金鸡纳浮悬在胶体中，当胶体拉成薄膜时这些微小晶体随着拉伸方向排列整齐，起了一大片双色性晶体的作用。等薄膜干后，把它夹在二块平面玻璃片之间，制成大面积获得偏振光的器件。也有用聚乙烯醇薄膜浸透了碘制成。这类薄膜片，商品名Polaroid，称偏振片。现在由于塑料工业的发展，已