光的偏振及其應用
一、光的偏振
自然光通過偏振片之后，只有振動方向與偏振片的透振方向一致的光才能順利通過，也就是說，通過偏振片P的光波，在垂直于傳播方向的平面上，沿著某個特定的方向振動，這種光叫偏振光。通過偏振片P的偏振光，再通過偏振片Q，如果兩個偏振片的透振方向平行，則可以通過;如果兩個偏振片的透振方向垂直，則不能透過Q(如圖-1所示)。根據(jù)偏振光的這個特性，在實際中有很多用途。
二、光的偏振的應用
1.在攝影鏡頭前加上偏振鏡消除反光
自然光在玻璃、水面、木質桌面等表面反射時，反射光和折射光都是偏振光，而且入射角變化時，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。如果在拍攝時加用偏振鏡，并適當?shù)匦D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。
例1.下列說法正確的是( )
A.拍攝藍天白云相片時，可以加用偏振鏡片，突出藍天中的白云
B.一束自然光入射到兩種介質的分界面上，當反射光線與折射光線的夾角恰好是90°時，反射光和折射光都是偏振光
C.日落時分，拍攝水面下的景物，在照相機鏡頭前裝上偏振濾光片可以使景物更清晰
D.拍攝玻璃櫥窗里的陳列物時，照相機鏡頭前的偏振片的透振方向應與反射光的振動方向平行
分析：由于藍天中存在大量的偏振光，所以用偏振鏡能夠調節(jié)天空的亮度，加用偏振鏡以后，藍天會變暗，從而突出了藍天中的白云，所以A正確;自然光射到界面上時，反射光線與折射光線都是偏振光，當反射光和折射光的夾角為90°時，偏振程度最大，且兩束光的振動方向垂直，所以B正確;拍攝水面下或玻璃櫥窗內的景物時，應使偏振片的透振方向與反射光的振動方向垂直，這樣反射光不能進入鏡頭，所以C正確，D錯誤。正確答案ABC。
2.汽車前燈和前窗玻璃用偏振玻璃防止強光
夜晚，汽車前燈發(fā)出的強光將迎面駛來的汽車司機照射得睜不開眼睛，嚴重影響行車安全。若考慮將汽車前燈玻璃改用偏振玻璃，使射出的燈光變?yōu)槠窆?同時汽車前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向恰好與燈光的振動方向垂直，這樣司機不僅可以防止對方汽車強光的刺激，也能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體。
例2.假設所有的汽車前窗玻璃和前燈玻璃均按同一要求設置，使司機不僅可以防止對方汽車強光的刺激，也能看清自己車燈發(fā)出的光所照亮的物體。以下措施中可行的是( )
A.前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向是水平的
B.前窗玻璃的透振方向是豎直的，車燈玻璃的透振方向也是豎直的
C.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向是斜向左上45°
D.前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，車燈玻璃的透振方向也是斜向右上45°
分析：首先，司機要能夠看清楚自己車燈發(fā)出的經對面物體反射回來的光線，所以他自己車燈的偏振片的透振方向和前窗玻璃的透振方向一定要平行;其次，他不能看到對面車燈發(fā)出的強光，所以對面車燈玻璃的透振方向與他自己車窗玻璃的透振方向一定要垂直。滿足上述要求的只有D。
3.利用偏振光的旋光特性測量相關物理量
偏振光通過一些介質后，其振動方向相對原來的振動方向會發(fā)生一定角度的旋轉，旋轉的這個角度叫旋光度，旋光度與介質的濃度、長度、折射率等因素有關。測量旋光度的大小，就可以知道介質相關物理量的變化。
例3.一段時間以來，“假奶粉事件”鬧得沸沸揚揚，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一個重要的指標，可以用“旋光法”來測量糖溶液的濃度，從而鑒定含糖量。偏振光通過糖的水溶液后，偏振方向會相對傳播方向向左或向右旋轉一個角度α，這一角度α稱為“旋光度”，α的值只與糖溶液的濃度有關，將α的測量與標準值進行比較，就能確定被測樣品的含糖量。如圖所示，S是自然光源，A、B是偏振片，轉動B，使到達O處的光最強，然后將被測樣品P置于A.B之間，則下列說法正確的是( )
A.到達O處光的強度會明顯減弱
B.到達O處光的強度不會明顯減弱
C.將偏振片B轉動一個角度，使得O處光強度最大，偏振片B轉過的角度等于α
D.將偏振片A轉動一個角度，使得O處光強度最大，偏振片A轉過的角度等于α
分析：沒有被測樣品時，A、B透振方向平行，O處光最強，當加上被測樣品時，由于旋光作用，偏振光的振動方向會旋轉一個角度，即振動方向與B的透振方向不平行，所以O處光的強度會明顯減弱;要想使O處的光仍最強，可以旋轉B一個角度或反方向旋轉A相同角度。正確答案ACD。
例4.如圖-3所示為一種利用光纖溫度傳感器測量溫度的裝置，一束偏振光射入光纖，由于溫度的變化，光纖的長度、芯徑、折射率均發(fā)生變化，從而使偏振光的透振方向發(fā)生變化，光接收器接收到的光的強度就會變化。關于這種溫度計的工作原理，以下說法正確的是( )
A.到達檢偏器的光的透振方向變化越大，光接收器所接收的光的強度就會減小，表示溫度變化越大
B.到達檢偏器的光的透振方向變化越小，光接收器所接收的光的強度就會減小，表示溫度變化越大
C.到達檢偏器的光的透振方向變化越小，光接收器所接收的光的強度就會減小，表示溫度變化越小
D.到達檢偏器的光的透振方向變化越大，光接收器所接收的光的強度就會減小，表示溫度變化越小
分析：若待測物體的溫度越高，則偏振光通過光纖后的旋光度越大，通過檢偏器后光的強度就會越小。正確答案為A。
4.利用光的偏振制成液晶顯示器
如圖-4所示為電子手表等的液晶顯示器，兩塊透振方向互相垂直的偏振片當中插進一個液晶盒，盒內液晶層的上下是透明的電極板，它們刻成了數(shù)字筆畫的形狀。外界的自然光通過第一塊偏振片后，成了偏振光，這束光在通過液晶時，如果上下兩液晶片間沒有電壓，光的偏振方向會被液晶旋轉90°，于是它能通過第二個偏振片。第二個偏振片的下面是反射鏡，光線被反射回來，這時液晶盒看起來是透明的。但如果在上下兩個電極間有一定大小的電壓時，液晶的性質就改變了，旋光性消失，于是光線不能通過第二個偏振片，這個電極下的區(qū)域就變暗，于是就顯示出了數(shù)字。
5.使用偏振片觀看立體電影
立體電影是用兩個鏡頭如人眼那樣從兩個不同方向同時拍攝下景物的像，制成電影膠片。在放映時，通過兩個放映機，把用兩個攝影機拍下的兩組膠片同步放映，使這略有差別的兩幅圖像重疊在銀幕上，如圖-5所示。這時如果用眼睛直接觀看，看到的畫面是模糊不清的，要看到立體電影，就要在每架電影機前裝一塊偏振片，它的作用相當于起偏器。從兩架放映機射出的光，通過偏振片后，就成了偏振光。左右兩架放映機前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而產生的兩束偏振光的偏振方向也互相垂直。這兩束偏振光投射到銀幕上再反射到觀眾處，偏振光方向不改變。觀眾戴上透振方向互相垂直的偏振眼鏡觀看，每只眼睛只看到相應的偏振光圖象，即左眼只能看到左機映出的畫面，右眼只能看到右機映出的畫面，這樣就會像直接觀看那樣產生立體感覺。這就是立體電影的原理。