怎样获得偏振光?什么是起偏角?如图所示,若用自然光或偏振光分别以起偏角 或任一入射角i射到一玻璃面时,反射光或折射光将产生什么情况?
怎样获得偏振光?什么是起偏角?如图所示,若用自然光或偏振光分别以起偏角 或任一入射角i射到一玻璃面时,反射光或折射光将产生什么情况?
题目解答
答案
偏振光是指电磁波中电场矢量的振动方向只有一个或者有规律地变化的光,它与自然光不同,自然光中电场矢量的振动方向是随机的。偏振光可以通过以下几种方法获得:
通过反射或折射:当自然光以一定的角度(称为起偏角)入射到一种介质的表面时,反射光或折射光中的部分光会变成偏振光,即电场矢量的振动方向与入射面垂直或平行。例如,当阳光以约56°的角度入射到水面时,反射光就是偏振光,这就是为什么太阳镜可以减少眩光的原因。
通过吸收或散射:当自然光通过一种能够吸收或散射特定方向上的电场矢量的介质时,透射光或散射光中的部分光会变成偏振光,即电场矢量的振动方向与吸收或散射方向垂直。例如,当阳光通过大气层时,由于空气分子和水滴等的散射作用,天空中的蓝色光就是偏振光,这就是为什么偏振镜可以观察天空中的云彩和彩虹的原因。
通过双折射:当自然光通过一种具有双折射性质的介质时,如水晶、石英等,入射光会分裂为两束折射光,这两束折射光都是偏振光,且它们的电场矢量的振动方向互相垂直。例如,当阳光通过冰晶时,由于冰晶的双折射作用,会产生两束偏振光,这就是为什么太阳周围会出现日晕和日冕等现象的原因。
通过特殊器件:当自然光通过一些能够改变电场矢量的振动方向或幅度的特殊器件时,如偏振片、波片、电光调制器等,出射光会变成偏振光,且它们的电场矢量的振动方向或幅度可以被控制。例如,当自然光通过一块偏振片时,只有与偏振片上的透明条纹平行的电场矢量才能通过,而与之垂直的电场矢量则被吸收,从而得到一束线偏振光。
起偏角是指使反射光或折射光完全偏振(即只有一个方向上的电场矢量)所需的入射角。起偏角可以用以下公式来计算:

其中θp是起偏角,n1和n2分别是入射介质和反射介质(或折射介质)的折射率。例如,当自然光从空气(折射率约为1)入射到玻璃(折射率约为1.5)时,起偏角约为56°。
将题干中的图示按照从左到右,从上到下的顺序分别设为图a,b,c,d,e,f
当用自然光以起偏角入射时(即图a),反射光是完全偏振的,电场矢量的振动方向与入射面垂直;折射光是部分偏振的,电场矢量的振动方向有一部分与入射面平行,有一部分与入射面垂直。
当用偏振光以起偏角入射时(即图b),如果电场矢量的振动方向与入射面垂直,则反射光是完全消失的,折射光是完全保持原来的偏振状态的;如果电场矢量的振动方向与入射面平行(即图c),则反射光是完全保持原来的偏振状态的,折射光是完全消失的。
当用自然光以任一入射角i(不等于起偏角)入射时(即图d),反射光和折射光都是部分偏振的,电场矢量的振动方向都有一部分与入射面平行,有一部分与入射面垂直。随着入射角的增大,反射光的偏振程度增大,折射光的偏振程度减小。
当用偏振光以任一入射角i(不等于起偏角)入射时,如果电场矢量的振动方向与入射面垂直(即图e),则反射光是减弱的,但仍然保持原来的偏振状态;折射光是增强的,但仍然保持原来的偏振状态。如果电场矢量的振动方向与入射面平行(即图f),则反射光是增强的,但仍然保持原来的偏振状态;折射光是减弱的,但仍然保持原来的偏振状态。