光的偏振与应用

这是高中物理选修3-4中的选学部分,江苏省不作要求,我就写一篇文章玩玩伪科普,顺便练习练习几何画板和WPS Office的作图。

一、光的偏振

经过了物理学家N年的纠结与讨论,现在基本上达成了一个共识——那就是光既是一种波又是一种粒子,具有波粒二象性。光的偏振性也与光的衍射共同证实了光具有波的性质。啰嗦了那么多,切入正题,既然光是一种波,那么我们可以把它类比为声波或者是长绳的运动,其图像正如长绳波动一样:

光源不停地原地震动,发出的光波如上图所示,我们也可以将光源向不同方向的运动画成下图:

当光波通过一个极化片(可以不严谨地理解为狭小的缝隙)时,会发生偏振现象。

简单地说,就是光源震动方向与缝隙方向相同的光波可以通过,而其他方向的波只能通过部分或是完全无法通过,其振幅受到了狭小缝隙的限制。不同方向振幅大小可以使用正交分解法计算:A(偏)=A(原)*cosθ

原本红色方向震动的光波被细缝整理成了黄色方向震动的光波,其损失的能量被偏振镜片吸收。

于是图二的光波被整合成了同一震动方向的波,能量理论损失一半。

用很土很土的话说:偏振就是把乱跳的光波给硬整成朝一个方向跳的光波。

二、3D电影

市面上绝大多数的3D电影都是运用光的偏振原理放映。根据(一)中公式A(偏)=A(原)*cosθ,当θ角为90度时光是无法通过缝隙。

所以我们可以用两种互相垂直的光波来分别显示左眼和右眼的图像。假如左眼的图像偏振方向为上下,那么左眼的镜片将会是整合上下光波的偏振镜片,这样的话右眼必须是左右方向偏振,当然眼镜也是左右方向偏振镜片。

电影院非常常见的IMAX-3D和Real-3D正是使用这种原理。

三、其他应用

1、汽车大灯

这个是我们物理老师提出来的一个设想,这个设想可以普遍运用于公路安全。

远光灯是非常讨厌的,但是利用光的偏振可以解决这个问题。我们可以将汽车灯罩设计成斜方向45°的偏振镜片,这样射出去的光都是有规律的斜向光。汽车驾驶员戴一副夜间眼镜,偏振方向与灯罩偏振方向相同。如此一来,驾驶员只能看到自己汽车射出去的光,而对面汽车射来光的震动方向,正好是与本方向汽车程90°角,那样对面的车灯光线就不会再晃到驾驶员的眼睛。

当然这个设想要实现还是需要很漫长的道路的,首先世界必须制定一个统一的标准,来规定灯罩与眼镜的偏振方向;其次偏振眼镜必然会损失一部分光线,那么驾驶员的视野会受到影响;而且汽车大灯的功率都很大,其一半的能量都被偏振镜片吸收,一定会产生大量的热,对于汽车灯罩的做工,也是一个非常大的考验。

2、照相机偏振镜

玩单反的同学肯定知道,在光线条件不是很好的状态下(杂光较多)很多时候会用到偏振镜片,通过偏振镜头的旋转,可以让照片的光线更加柔和,天更蓝水更绿~

后记

第一次写这种文章。。。图特别丑,表述也不是很清楚。以后改进吧

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30 条评论。

  1. 这些知识已经捡不起来了。

  2. 啥时候搞上ssl了,这玩意要花钱吧

  3. 这个我们学过了。。。。现在迷上LOL没时间弄博客啦

  4. 选理科绝对是明智的。。。至少乃说的这些大部分我没学过也看懂了。。。

  5. XX的游戏!不知道最好,千万不要接触啊。

  6. 質量很高,雖然我也是學科學出身的,不過這些東西還真是沒研究過。。。

  7. 这个。。物理都忘记了。

  8. 飘过~~~~~~~~~~~

  9. 前几年的科普书上写的3D电影是用红绿镜片透过不同的光,两眼见到的景象不同来实现的,应该是这几年技术升级了吧

    汽车大灯那个估计不可能了,晃眼的危险只是在晚上的时候才有~只要驾驶员们都记住“晚上会车不开远光灯”就行了

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