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自然光和偏振光
光是一種電磁波，屬于橫波(振動(dòng)方向與傳播方向垂直)。一切實(shí)際的光源，如日光、燭光、日光燈及鎢絲燈發(fā)出的光都叫自然光。這些光都是大量原子、分子發(fā)光的總和。雖然某一個(gè)原子或分子在某一瞬間發(fā)出的電磁波振動(dòng)方向一致，但各個(gè)原子和分子發(fā)出的振動(dòng)方向也不同，這種變化頻率極快，因此，自然光是各個(gè)原子或分子發(fā)光的總和，可認(rèn)為其電磁波的振動(dòng)在各個(gè)方向上的幾率相等。
自然光在窗過(guò)某些物質(zhì)，經(jīng)過(guò)反射、折射、吸收后，電磁波的振動(dòng)哥以被限制在一個(gè)方向上，其他方向振動(dòng)的電磁波被大大削弱或消除。這種在某個(gè)確定方向上振動(dòng)的光稱為偏振光。偏振光的振動(dòng)方向與光波傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動(dòng)面。
直線偏振光、圓偏振光及橢圓偏振光
1．直線偏振光
直線偏振光由于光線的振動(dòng)方向都在同一個(gè)平面內(nèi)，所以這偏振光又叫作平面偏振光。正對(duì)光的傳播方向看去，這種光的振動(dòng)方向是一條直線，因此又叫直線偏振光或線偏振光。
2．圓偏振光和橢圓偏振光
(1) 光的雙折射現(xiàn)象和晶體的光軸
當(dāng)一束光線射入各向異性的晶體中時(shí)要分裂為兩束沿不同方向傳播的挑線，這種現(xiàn)象叫雙折射現(xiàn)象。發(fā)生雙折射的兩束光線都是偏振光。這兩束光線之一恒遵守光的折射定律，在改變?nèi)肷浞较驎r(shí)傳播速度不發(fā)生變化，這條光線稱為尋常光線，用o表示；另一束光線不遵守折射定律，當(dāng)入射光線方向變化時(shí)，它的傳播速度也隨之變化，光的折射率不同，這束光稱為非常光線，用e來(lái)表示。
在各向異性晶體中，存在有某些特殊方向，在這些方向上不發(fā)生雙折射，尋常光線和非常光線傳播方向和傳播速度相同，這些方向稱為晶體的光軸，有一個(gè)光軸的晶體叫一軸晶，有兩個(gè)光軸的晶體叫二軸晶。對(duì)于二軸晶，雙折射后的兩束光線均為非常為光線。
(2) 波晶片
波晶片簡(jiǎn)稱波片，可用來(lái)改變或檢驗(yàn)光的偏振情況。當(dāng)自然光沿一軸晶光軸入射時(shí)，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。如果垂直于晶體光軸入射時(shí)產(chǎn)生的o光和e光仍沿原入射方向傳播，但傳播速度和折射率不同，且傳播速度相差較大。如果在平行于一軸晶光軸方向上切下一薄片，這時(shí)晶片表面與光軸平持，這樣制得的晶片叫波晶片。當(dāng)偏振光垂直于波片光軸入射時(shí)，在波片內(nèi)形成傳播方向相同但傳播速度不同的o光和e光。如果波片越厚，o光和e光線波波長(zhǎng)的整數(shù)倍，這種波片叫全波片。依此類推，還有半波片和1/4波片等等。
3．起偏振鏡和檢偏振鏡
偏振光可用尼科爾棱鏡和偏振片得到。
尼科耳棱鏡是由方解石晶體做成。取長(zhǎng)度約三倍于厚度的方解石晶體，兩端的天然而原來(lái)與底邊成71°的角，經(jīng)研磨后成68°角，然后將晶體剖開(kāi)，成兩塊直角棱鏡，再用加拿大樹(shù)膠將剖面粘合成一長(zhǎng)方柱形棱鏡。將側(cè)面CN涂黑，就制成了尼科耳棱鏡。加拿大樹(shù)膠為光性均質(zhì)體對(duì)于黃綠光的折射率n=1.540，這個(gè)折射率恰好在方解石對(duì)這種顏色的o光的折射率No=1.6583與平行于CN面的該種顏色的e光的折射率Ne=1.5159之間。當(dāng)一束平行于CN面的黃綠自然光由第一塊棱鏡的AC面入射在方解石內(nèi)部發(fā)生雙投射現(xiàn)象時(shí)，分成為o光和e光。由于o光射到加拿大樹(shù)膠的膠合面上的入射角約為76°，超過(guò)了樹(shù)膠與方解石對(duì)o光的臨界角69°，會(huì)發(fā)生全反射，被涂黑的CN面吸收。E光折射后方向仍近近似與CN面平行，方解石對(duì)這一方向上的非常光線的折射率比樹(shù)膠的折射率小，所以不會(huì)發(fā)生會(huì)反射，而穿過(guò)樹(shù)膠層進(jìn)入 第二塊棱鏡，然后從MN面上射出而獲得一否偏振光。
尼科爾棱鏡的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)各色可見(jiàn)光透明度都很高，并能夠均勻完全起偏。但天然方解石價(jià)格昂貴，制造比較困難，所以較常用的是偏振片。偏振片是一種使自然光變?yōu)槠窆獾娜嗽焱该鞅∑捎诿娣e大成本低而被廣泛應(yīng)用。
自然光射入某些晶體時(shí)可以產(chǎn)生振動(dòng)方向互相垂直的兩束直線偏振光，同時(shí)將其中一束強(qiáng)列吸收，另一束通過(guò)，晶體的這種性能叫晶體的二色性。用具有二色性的晶體制造的偏振片可用來(lái)產(chǎn)生偏振光。例如，電氣石晶體能夠強(qiáng)烈吸收尋常光線，1mm厚的電氣石晶體即可把尋常光線全部吸收而讓非常光線通過(guò)，產(chǎn)生一束非常光線的偏振光。過(guò)碘硫酸奎寧也是一種二色性極強(qiáng)的晶體，0.1mm厚的薄膜就足以使自然變成直線偏振光。
另外一種偏振片是用聚乙烯醇膜來(lái)制造的。將聚乙烯醇的分子拉伸成為線性結(jié)構(gòu)，平行排列，則其薄膜只允許平行分子排列方向振動(dòng)的光通過(guò)，而產(chǎn)生直線偏振光。
在偏光顯微鏡中能產(chǎn)生偏振光的偏振片叫起偏振鏡，另外在起偏振鏡后面還有一個(gè)檢偏振鏡(或叫分析器)，如圖5-4所示。當(dāng)兩個(gè)偏振鏡振動(dòng)軸平行時(shí)，起偏振鏡A產(chǎn)生的偏振光可以完全通過(guò)B檢偏鏡；當(dāng)A、B振動(dòng)軸成一定角度時(shí)，A產(chǎn)生的偏振光只有部分能通過(guò)檢偏鏡B，而當(dāng)A與B的振動(dòng)軸垂直時(shí)，A產(chǎn)生的偏振光完全被B阻擋，產(chǎn)生消光現(xiàn)象。如果是圓偏振光，用檢偏振鏡檢查時(shí)不發(fā)生消光現(xiàn)象，光的強(qiáng)度不發(fā)生變化。如果是橢圓偏振光，用檢偏振鏡檢查量不發(fā)生消光現(xiàn)象，但光的強(qiáng)度要發(fā)生變化，當(dāng)B的振動(dòng)軸與橢圓長(zhǎng)軸重合時(shí)，光的強(qiáng)度較大，與橢圓的短軸重合時(shí)，光的強(qiáng)度較小。
本文關(guān)鍵詞:偏光顯微鏡,偏振光
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