偏极光与偏光膜的基本原理 xv1$,|^ts
大多数的人仍然对偏光膜这个名词感到陌生而不很清楚,故在此先对偏极光的现象及基本原理稍做说明。
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81\cg 偏极光 +LrW#K;
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人类对光的了解依序可分成以下四个重要阶段:
I\4I,ds 1.十七世纪中,牛顿首先开始对光做有系统的研究,他发现到所谓的白光(White Light)是由所有的色光(Colored Light)混合而成。为了要解释这个现象,就有许多不同的理论衍生出来。
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]~ 2.十九世纪初,杨氏(Thomas Young)利用波动理论成功的解释了大部分的
光学现象如反射、折射和绕射等。
GTLlQy)'= 3.1873年,马克斯威尔发现光波是电磁波,其中它的电波和磁波是相依相存不能分开的,电场(E)、磁场(H)与电磁波进行的方向(k)这三者是呈相互垂直的关系。
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+ js2?t~E] W/J3sAYv 4.二十世纪初,爱因斯坦发现光的能量要用粒子学说才能解释,因而衍生出量子学。换言之,光同时具有波动及粒子两种特性。
CVu'uyy 因为偏极光的理论是用波动学来解释的,所以往后的讨论都将光视为电磁波,并且为了简化易懂,我们只考虑其电场向量E。非偏极光的E可以用图2表示,图2中许多对称等长的辐射线表示E在E、H所组成的平面上振动,并且在各方向振动的机会均等。当E的分布不均时就称之为偏极化(Polarization),如图3所示为部份偏极光,当E只在一个方向振动时则称之为线性偏极光(图4)。从向量的观点来看,当图2中各方向的向量投影到X和Y两个相互垂直的坐标轴上后,非偏极光可以分解为两条相垂直的线性偏极光(图5)。
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[ 图2:非偏极光
M"~B_t,Nw SU x\qz) g%^Zq" 图3:部份偏极光
6`EyzB%.$ [rGR1>U?i ]\Ez{MdAT 图4:线性偏极光
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jR* 6s>PZh 图5:相互垂直的线性偏极光
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一般而言,制造偏极光的方法是由以下三个步骤: S0kH/A
1.制造普通非偏极光(图2)。 #bf^Pq'8
2.分解此非偏极光为两个相互垂直的线性偏极光(图5)。 1eKJ46W
3.舍弃一条偏极光,应用另一条偏极光(图4)。 y:pypuwt;
能将非偏极光分解为两条偏极光,而舍弃其一的仪器称之为起偏器(Polarizer),起偏器可以利用如吸收、反射、折射、绕射等光学效应来产生偏极光。 {*tewF)|
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一般较常用的起偏器种类有以下数种: 6`%}s3Xq
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(1) 反射型 T*'5-WV|3t
当光线斜射入玻璃表面时,其反射光将被部分偏极化。利用多层玻璃的连续反射效果即可将非偏极光转为线性偏极光。 4yjAi@ /2
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(2) 复屈折型 H2|w
将两片方解石晶体接合,入射光线会被分解为两道偏极光,称为平常光与非常光。 >oLM2VJ
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(3) 二色性微晶型 @p}H@#/u\
将具有二色性的微小晶体有规则地吸附排列在透明的薄片上,这是人工第一次做出偏光膜的方法。 hLO nX<%a
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(4) 高分子二色性型 TS@EE&W