偏振光的原理探究與實際應用

劉巖明

（山東省廣饒縣第一中學，東營 257300）

關于偏振光的研究，其區別于傳統光的特性使其能夠在特殊領域有著更加廣泛的應用，基于高中階段對偏振光的學習，可以從偏振光原理分析的角度入手，對其實際應用情況進行分析，以完善關于偏振光的知識體系。

1 常見光的類型

在現實生活中，對于常見光可以根據其偏振態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一性，在任何一個傳播方向上，非偏振光的振幅均表現一致。

非偏振光是由大量原子、分子的光復合而成，單一原子、分子發出的光，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，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優勢，與其矢量方向垂直的光的振幅最小（如圖1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；橢圓偏振光則區別于線偏振光，根據光矢量轉動過程中的振動強弱變化情況，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，將大大降低關于橢圓偏振光的研究難度。

2 偏振光的實際應用

在現實生活中，偏振光技術的應用較為廣泛，如當前較為火熱的3D電影、紅外偏振光治療儀等。

2.1 偏振光與3D電影

隨著電影技術與科學技術的發展，在傳統2D電影基礎上發展起來的3D電影，為廣大消費者帶來了全新的視聽體驗。從技術角度分析，以往2D電影所展現的僅僅是左右、上下的平面空間，3D電影則能夠呈現出包括前后在內的三維空間，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模擬人眼錄制視頻，進而得到兩個不同視角看到的視頻圖像，其中，這兩臺攝像機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鏡頭偏振片的左右設置相一致，左邊眼鏡只能看到左邊攝像機錄制的視頻，右邊眼鏡只能看到右邊攝像機錄制的視頻，兩個影像在人的大腦中進行合成，視頻的空間層次感也就體現出來。

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

在醫學領域，偏振光的應用也較為廣泛，其中，基于紅外偏振光的治療效果已經得到臨床驗證，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合應用，在治療效果方面，要明顯優于單一的激光治療技術。

在正常使用的情況下，基于多波段低功率的復合光照射作用，在偏振光方向軸上會產生復合光的諧振點，當該諧振點作用于人的皮膚時，將導致人的皮膚升溫，為保證治療效果，多將溫度控制在37℃以下，使人體內酶活性維持在最佳狀態。針對這一特點，紅外偏振光在醫學治療中的使用應處于弱偏振的狀態，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用

在現實生活中，基于某種原因，需要對某一特定溶液濃度進行檢測，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的光亮，在轉動檢偏鏡的過程中，光亮大小在不斷變化，當檢偏鏡的視野再次變暗的時，檢偏鏡的轉動角度就是待檢溶液的旋光度，進而求出其濃度，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）。

若被測物質是純液體，則按下式進行換算：

其中，ρ為液體的密度。為更好地分析溶液濃度，研究人員根據偏光角的不同設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，制定了與之相對應的濃度標識卡片。

3 結束語

偏振光的應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，在學習偏振光原理的同時，應當將理論與實踐相結合，以完善自身知識體系，促進個人全面發展。并且，在今后的學習中，應當具備創新意識，發現偏振光更多的應用實例。