一文带你认识偏振片的原理及分类应用

一文带你认识偏振片的原理及分类应用

偏振片是一种能够选择性地透过振动方向特定光的光学元件，它基于光的偏振现象，具体来说，偏振片通过其内部的分子结构或排列方式，实现对特定方向光线的选择性透过，而将其他方向的光被吸收或阻挡，从而将自然光转变为偏振光。

偏振光的概念

自然光：我们日常见到的阳光等自然光，其电磁波的振动方向是杂乱无章的。

偏振光：经过偏振片筛选后，光波的振动方向变得有序，只在一个特定的平面内振动，这样的光就称为偏振光。

偏振片的工作原理

当自然光通过偏振片时，偏振片内部的分子结构或排列方式会起到关键作用，具体来说，偏振片能够吸收或阻挡与其内部分子振动方向不平行（或说垂直）的光振动分量，而允许与其分子振动方向平行的光振动分量通过。

偏振片是如何制造的？

偏振片的制造工艺主要涉及到对材料的定向排列，最常见的是聚乙烯醇（PVA）偏振片。

• 聚乙烯醇薄膜的制备：将聚乙烯醇溶液流延成膜，得到均匀的薄膜。
• 染色：将薄膜浸泡在碘溶液中，碘分子进入聚乙烯醇分子链间，形成长链状结构。
• 拉伸取向：将染色的薄膜在高温下进行单向拉伸，使聚乙烯醇分子链和碘分子链沿拉伸方向高度有序排列。
• 交联固定：通过加热或化学交联的方法，将分子链固定在拉伸状态，使其偏振特性稳定。
• 保护层：在偏振片表面镀上一层保护膜，以提高其耐磨性和耐湿性。

其他类型的偏振片，如液晶偏振片，其制造过程可能有所不同，但基本原理都是通过某种方式使材料中的分子或晶体产生定向排列。

偏振片的种类

根据制作材料和用途的不同，偏振片可以分为多种类型，常见的有：

• 聚乙烯醇偏振片：这是最常见的一种，通过拉伸聚乙烯醇薄膜，使分子有序排列，从而获得偏振性能。
• 晶体偏振片：利用某些晶体（如石英、方解石）的双折射性质制成，具有较高的偏振纯度。
• 线偏振片：只允许线偏振光通过。
• 圆偏振片：将线偏振光转化为圆偏振光。

偏振片有哪些具体的参数？

• 透光率：指偏振片透过光的比例，通常用百分比表示。
• 偏振度：表示偏振光纯净程度的指标，越接近1，偏振度越高。
• 消光比：指偏振片对垂直于偏振方向的光的阻挡能力，数值越大，消光比越高。
• 波长范围：偏振片对不同波长的光的偏振效果不同，波长范围决定了其应用范围。
• 透过轴：指偏振片允许振动光通过的方向。
• 相位延迟：一些偏振片可以引入相位延迟，用于产生圆偏振光或椭圆偏振光。

偏振片的应用

• 液晶显示屏：液晶显示屏的每个像素点就是一个微小的偏振片，通过控制偏振光的透光方向来显示图像。
• 太阳眼镜：偏光太阳镜可以有效地滤除强烈的反射光，减少眩光，提高视觉舒适度。
• 相机镜头：在相机镜头上加装偏振镜，可以消除水面、玻璃等表面的反光，提高拍摄效果。
• 3D电影：3D电影利用左右眼佩戴不同偏振方向的偏振眼镜，将左右眼看到的图像分离，从而产生立体感。
• 科学研究：偏振片在光学实验、材料科学、生物医学等领域都有广泛的应用。

医学影像中偏振片的应用

• 增强对比度：通过偏振光照射组织，可以增强不同组织之间的对比度，从而提高图像质量。
• 减少散射光：偏振片可以滤除散射光，提高图像清晰度。
• 检测生物组织的结构：偏振光对生物组织的结构非常敏感，可以用于检测组织的病变、肿瘤等。
• 测量生物组织的特性：通过分析偏振光与生物组织相互作用后的变化，可以测量组织的折射率、双折射等特性，为疾病诊断提供依据。

具体应用举例：

• 眼底检查：利用偏振光可以更好地观察眼底血管和黄斑的结构，帮助诊断糖尿病视网膜病变、黄斑变性等疾病。
• 皮肤病诊断：偏振光可以区分不同类型的皮肤病变，如黑色素瘤、基底细胞癌等。
• 肿瘤诊断：偏振光可以检测肿瘤组织的形态和结构，帮助医生进行早期诊断。
• 骨骼疾病诊断：偏振光可以用于检测骨质疏松、骨折等骨骼疾病。