偏振光的原理探究与实际应用

刘岩明

（山东省广饶县第一中学，东营 257300）

关于偏振光的研究，其区别于传统光的特性使其能够在特殊领域有着更加广泛的应用，基于高中阶段对偏振光的学习，可以从偏振光原理分析的角度入手，对其实际应用情况进行分析，以完善关于偏振光的知识体系。

1 常见光的类型

在现实生活中，对于常见光可以根据其偏振态的情况分为非偏振光、部分偏振光、完全偏振光三种类型。

1.1 非偏振光

所谓非偏振光，也就是指较为常见的自然光，这种光具有传播方向上的统一性，在任何一个传播方向上，非偏振光的振幅均表现一致。

非偏振光是由大量原子、分子的光复合而成，单一原子、分子发出的光，其矢量方向与光的实际传播方向相互垂直，且振动方向存在矢量上的高度一致。

1.2 部分偏振光

作为介于非偏振光和完全偏振光的一种特殊形态，部分偏振光的存在是由于在光的某一矢量方向上振幅占据优势，与其矢量方向垂直的光的振幅最小（如图1所示）。

图1 部分偏振光示意图

由图1可以看出，，也就意味着在相互垂直的两个光矢量方向上的振动幅度矢量和并不相等。

1.3 完全偏振光

根据光矢量的传播不同，对于完全偏振光可以将其分为线偏振光与椭圆偏振光两种。线偏振光指的是光矢量振动方向的唯一性，这种线偏振光也被称为平面偏振光；椭圆偏振光则区别于线偏振光，根据光矢量转动过程中的振动强弱变化情况，可以将其分为椭圆偏振光与园偏振光。在研究过程中，为便于理解，可以将椭圆偏振光看做两个相互垂直方向上的线偏振光的矢量合成，如此一来，将大大降低关于椭圆偏振光的研究难度。

2 偏振光的实际应用

在现实生活中，偏振光技术的应用较为广泛，如当前较为火热的3D电影、红外偏振光治疗仪等。

2.1 偏振光与3D电影

随着电影技术与科学技术的发展，在传统2D电影基础上发展起来的3D电影，为广大消费者带来了全新的视听体验。从技术角度分析，以往2D电影所展现的仅仅是左右、上下的平面空间，3D电影则能够呈现出包括前后在内的三维空间，这就是利用了偏振光的原理。

在拍摄过程中，摄影师同时使用两台摄像机模拟人眼录制视频，进而得到两个不同视角看到的视频图像，其中，这两台摄像机的镜头分别加入了偏振片，且两者能够通过的偏振光矢量方向呈90°夹角。在观看此类影片的过程中，需要佩戴专业的眼镜（3D眼镜）才能够看到清晰的电影画面，该眼镜也是利用了偏振光的原理，左右两个镜片的偏振光矢量在方向上相互垂直（如图2所示），且与录制视频时摄像机镜头偏振片的左右设置相一致，左边眼镜只能看到左边摄像机录制的视频，右边眼镜只能看到右边摄像机录制的视频，两个影像在人的大脑中进行合成，视频的空间层次感也就体现出来。

图2 3D眼镜左右镜片偏振光的通过情况（完全偏振）

2.2 红外偏振光治疗仪

在医学领域，偏振光的应用也较为广泛，其中，基于红外偏振光的治疗效果已经得到临床验证，作为一种宽谱的椭圆偏振光来说，其效果类似于多波段低功率偏振光的复合应用，在治疗效果方面，要明显优于单一的激光治疗技术。

在正常使用的情况下，基于多波段低功率的复合光照射作用，在偏振光方向轴上会产生复合光的谐振点，当该谐振点作用于人的皮肤时，将导致人的皮肤升温，为保证治疗效果，多将温度控制在37℃以下，使人体内酶活性维持在最佳状态。针对这一特点，红外偏振光在医学治疗中的使用应处于弱偏振的状态，否则，将会对患者的身体造成不同程度的伤害。

2.3 偏振光在液体浓度检测中的应用

在现实生活中，基于某种原因，需要对某一特定溶液浓度进行检测，为此，研究人员通过检测指定溶液旋光率的方法确定其浓度，所使用到的仪器就是旋光计。

旋光计由光源发生器、偏光镜、测量管、检偏镜等部分共同组成，将待检溶液注入测量管后，由于旋光的作用，通过检测装置可以看到相对应的光亮，在转动检偏镜的过程中，光亮大小在不断变化，当检偏镜的视野再次变暗的时，检偏镜的转动角度就是待检溶液的旋光度，进而求出其浓度，具体计算公式如下：

其中，C为溶液的浓度（g/100mL），l为旋光管长度（dm）。

若被测物质是纯液体，则按下式进行换算：

其中，ρ为液体的密度。为更好地分析溶液浓度，研究人员根据偏光角的不同设计了更为直接的溶液浓度，针对日常生活中常见的溶液旋光角的不同，制定了与之相对应的浓度标识卡片。

3 结束语

偏振光的应用在一定程度上解决了日常生活中所面临的部分问题，作为高中生，在学习偏振光原理的同时，应当将理论与实践相结合，以完善自身知识体系，促进个人全面发展。并且，在今后的学习中，应当具备创新意识，发现偏振光更多的应用实例。