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透明双折射材料也可以在不吸收光的情况下改变光的偏振。
这是因为光的传播速度取决于相对于材料“方向”
的光的偏振方向。
一些材料,例如一般的玻璃,是没有特定方向的:你可以任意旋转它而不改变其对光束的影响。
但如前文所述,双折射材料中原子的排列有一个优先方向,即对称轴的方向。
沿着这个方向,原子对光的响应是不同的。
也就是说,沿着对称轴偏振的光的传播速度比垂直于对称轴偏振的光更慢。
想象一下,光的偏振方向与对称轴的夹角为45°时可以假设有一半的光沿着对称轴方向偏振,另一半则垂直于对称轴方向偏振。
如果后者的速度减慢得足够多,穿过材料之后透出来的光,将会沿-45°的方向偏振,相当于光的偏振方向被“旋转”
了90°。
一些双折射材料可以通过主动调整分子排列轴的方向来控制偏振状态,例如对材料本身施加电压。
一个典型的例子就是液晶(LiquidCrystals,缩写为LCs),它由细长的分子组成,液晶中分子的方向可以通过施加电压的方式来控制。
此外,通过施加压力或者应力,其他的一些材料也可以变成双折射材料,这是因为外力使得材料内部的分子发生“转动”
或者让原子的排列方向发生了改变。
利用这个现象可以构造力学传感器,它通过观察光传感器端输出的光的偏振状态来对力进行监测。
在两个偏振片之间放置一个双折射液晶,就可以通过电对光的强度进行控制。
施加电压可以使分子重新定向,从而改变偏振光束在这一材料中的折射率。
如果在液晶之后放置一个偏振片,那么根据施加的电压的高低可以控制通过偏振片光强的高低。
将这样的“单元”
构成阵列,且每一个单元由独立的电信号驱动,这样就构成了一个显示屏,每一个单元就是一个像素。
这就是液晶显示屏(LiquidCrystalDisplay,缩写为LCD)的基础,通常用于电脑显示屏或者电视机。
事实上,这种显示屏还可以用来播放3D电影。
在这样的电影中,我们感知到的深度其实是一种错觉,来自人类视觉的立体感。
由于我们的两只眼睛间有几个厘米的距离,所以两只眼睛观看一个场景时感知的方位略有不同。
这两幅图像在大脑中结合,让我们感知到深度。
这种错觉可以通过3D眼镜的偏振作用再现出来。
两幅图片被同时投影在显示器或屏幕上,每一幅都是特定偏振的光产生的,而且是从略微不同的角度进行拍摄的。
3D眼镜是由偏振方向不同的两个偏振片组成,使得左眼可以看到其中一幅图,右眼可以看到另外一幅。
因为两幅图片发出的光都分别只与其中一个偏振片允许通过的方向一致,因此每只眼睛只能看到一幅图片,于是我们看到的场景就跟我们在自然界看到的景象一样,即物体和人看起来都是三维的。
光的波动模型的成功令人振奋,这让我们得以了解光的一些重要特性,从而利用这些认识来构建新的技术。
光的粒子说同样令人惊叹。
然而,光本质的这两种截然不同的学说都是必要的,这确实令人十分困惑。
我现在就要转向这个难题。
[1] 一种多功能的通用光学仪器。
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