偏振光的分析实验原理及实验数据处理软件的研究(2)
1.1 偏振光简介
光波是指波长在0.3～3 之间的电磁波，电磁波是横波，电磁波的磁场与电场彼此相互垂直。一般规定电磁波的偏振方向就是其电场的偏振方向。在自由空间里，最简单的电磁波以线偏振的方式传播，也就是电场的方向不随时间发生变化，始终在一条直线上。从理论上来说，振荡电场可以在垂直于传播方向平面内的任何方向上振荡。“偏振”一词最早由艾蒂安-路易•马吕斯提出，他在观察卢森堡宫的玻璃窗反射出来的日光光束时注意到，当入射光的入射角度满足一定条件时，该反射光与惠更斯观察到的折射光就会有类似的性质，他称这性质为“偏振”性质。而后乔治•斯托克斯提出一种强度表述，仅用四个参数就可以用来描述任何光束（偏振光、非偏振光与部分偏振光等）的偏振态，后来称为斯托克斯参数（Stokes parameters），并且这四个参数是可以通过测量直接获得的。因此，我们通常将光分为自然光、偏振光和部分偏振光。根据光波中产生作用的光电矢量的空间分布情况，偏振光（光矢量的方向和大小有规则变化的光称为偏振光）又分为平面偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光[1]。如果电场只向着一个单独方向振动，那么称这种偏振光为“线偏振”或“平面偏振”，此时在垂直于光束传播方向的平面上，将光矢量端点连起来是一条直线；如果电场是以电磁波的频率进行旋转动作而振荡的，并且将电场矢量的端点连起来是圆形的，则称这样的偏振为“圆偏振”，圆偏振光在传播过程中，光矢量的大小不变，方向呈规则变化，其端点轨迹是一个圆；如果电场的振荡方向是以电磁波的频率进行旋转动作，并且将电场矢量的端点连起来是椭圆形的，那么称此为“椭圆偏振”，椭圆偏振光的光矢量的大小和方向在传播过程中都会呈规则变化，光矢量端点沿椭圆轨迹转动[2]。3 种偏振光的区别是以合矢量的末端轨迹图形为依据的， 平面偏振光和圆偏振光是椭圆偏振光在某种条件下的特例。我们可以用两个振动方向相互垂直、相位有关联的线偏振光来表示任意的一个偏振光[3]。三种偏振光的电场矢量图如下所示，
图1.1 三种偏振光的电场矢量图
其中以黑色粗线表示电场矢量，红色细线表示x-分量、蓝色细线表示y-分量。在基部的图样是矢量的端点随着时间变化在xy-平面的上的轨迹。
1.2 偏振光的应用
偏振光在很多领域都有重要的应用，当偏振光照射到镜面表面时，反射光一般较强，会刺激人眼，尤其当太阳从前方斜照下来时，人们张眼往前方路面望去会看到强度较大的眩光，但是反射光一般会有一定程度的偏振，偏光太阳镜正是利用反射光的偏振特性来降低水平表面反射出来的眩光。三文电影中的立体显示技术通常采用“偏振编码”的方法，即使用两台安装了起偏器的投影机将两个不同影像都投射到投影屏上，而两台投影机的偏振轴相互垂直,或者在一台投影机的内部进行分时复用（内部安装了快速过滤交替偏振的元件），以便将两个不同影像分别传输至观众的左眼和右眼，观众佩戴的三文眼镜的左边镜片与右边镜片分别具有对应的检偏器，确保每一只眼睛只会接收到对应的偏振影像[4]。由于分离效果很好、费用较便宜，我们一般采用平面偏振编码。目前，在三文电影中广泛采用的是圆偏振技术，例如RealD 戏院系统，其优点是观众头部倾斜不会影响圆偏振所形成的分离影像。然而，圆偏振技术需要使用特殊的投影屏，例如“银屏”（silver screen），这种投影屏能够文持投射影像的圆偏振，不会在反射时被非偏振化；投射影像在反射时被非偏振化是由普通的白色漫反射投影屏造成的，所以无法用来展示三文电影。另外，圆偏振光在光通信系统中也有广泛应用[5]。
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