二向色性

光学术语

大部分晶体在自然光入射的情况下产生的o光和e光的强度相等。但是，也有一些晶体对两支折射光的吸收相差很大，这种性质叫做二向色性。利用晶体的二向色性可以制作偏振片。

简介

二向色性是指物质对光的吸收系数依赖于入射光的偏振状态。早在1815年拜厄特(Biot)就发现了电气石晶体的二向色性(dichorism)利用它制造出第一批电气石起偏器。

解释

我们知道，一个自然光的平行光束可看作是由在垂直于传播方向的任何两个相互正交方向上偏振的两个互不相干的等振幅光束组成。选择晶体中主振动方向作为这两部分光束的振动方向，如果E是进入晶片的两个部分光束中每一个的振幅，则在晶片中传播距离L后、它们的振幅为：

假定入射光是准单色的、平均频率为w。,传播速度为v。那么

总强度：

式中。如果两个衰减指数K1、K2差别很大，则相当薄的一片物质就足以把入射的非偏振光束变换为近似线偏振光束，即晶片起着起偏振器的作用。如果 //》K⊥，例如把H片沿//方向拉伸，则⊥方向为其透振轴方向。

相关知识：晶体的双折射

一束单色光在晶体表面折射时（如图1所示），一般可以产生两束折射光，这种现象叫做双折射。两束折射光中，有一束总是遵守折射定律，称为寻常光，用符号o表示；另一束一般不遵守折射定律，称为非常光，用符号e表示。o光和e光都是线偏振光。

为了说明o光和e光的振动方向和传播方向，需要了解晶体内某些特殊的方向和平面：

光轴-晶体内一个特殊的方向，当光沿这个方向传播时，不发生双折射现象，并且o光和e光的传播速度相等。只有一个光轴方向的晶体，称为单轴晶体（如方解石、石英、红宝石等）。有两个光轴方向的晶体，称为双轴晶体（如云母、霰石、蓝宝石等）。

主平面——由o光和光轴组成的面称o主平面；由e光和光轴组成的面称e主平面。o光的电矢量振动方向垂直于o主平面，e光的电矢量振动方向则在e主平面内。

主截面——由光轴和晶体表面法线组成的面。可以证明，当光线以主截面为入射面时，o光和e光都在主截面内，这时主截面也是o光和e光的共同主平面。

晶体产生双折射的原因，在于晶体在光学上的各向异性。由电磁理论可以证明，对于晶体内除光轴外的一个给定的方向，允许两束电矢量互相垂直的线偏振光以不同的速度传播。对于单轴晶体，其中一束光的速度不随传播方向改变，这就是o光。它的波面是一个球面。另一束光的速度随传播方向改变，这就是e光，它的波面是一个以光轴为对称的回转椭球面，其方程为

式中是o光折射率，是e光沿垂直于光轴方向传播时的折射率，是e光线与光轴的夹角，c是真空中光速。负晶体（）和正晶体（）的o光、e光波面分别如图2所示。利用波面的概念，由惠更斯作图法便可求出晶体中o光和e光的折射方向。

应该注意，晶体中e光线的传播速度和方向一般地与它的波阵面的传播速度和方向（沿波阵面法线方向）不同，后者称为法线速度。法线速度矢量端点描绘的轨迹是法线面，它与波面的几何关系如图3所示，其方程为

式中表示法线速度，表示法线速度矢量与光轴的夹角。法线面的空间形状是一以光轴为对称轴的卵形面。

利用晶体的双折射现象，可以制成各种偏振棱镜，使我们直接从自然光获得偏振光。

大部分晶体在自然光入射的情况下产生的o光和e光的强度相等。但是，也有一些晶体对两支折射光的吸收相差很大，这种性质叫做而向色性。利用晶体的二向色性可以制作偏振片。

在微观领域

在微观领域，分子的光吸收率不是一个标量，而是具有一定的方向性（矢量）。若三个方向的吸收系数不同，则两系数之差称为二向色性。宏观上吸收率的二向色性表现为吸收系数具有方向性，宏观上的二向色性既与分子的二向色性有关，也与分子排列有关，故二向色性可作为取向度的一种表征方法。另外，大分子链上某些官能团具有一定的方向性，它对振动方向不同的红外光亦会表现出二向色性，称为红外二向色性。

应用

制作彩色偏振片：

定向排列的金属丝栅和碘硫酸奎与“结品、定向嵌入透明塑料胶片上的碘和某些染料都有良好的二向色性。因此它们都是制作不同用途的偏振器的好材料。

在e方向与0方向碘的吸收有明显的差别，并随波长变化。land等人利用这一差别制造出通常带蓝色或棕色的H偏振J于。我们经过多次试验，发现某些含细长分子的染料也具有相当好的二向色性。可以利用它制造其他彩色偏振片。如用：

直接桃红+直接银灰、制造红色偏振片

直接冻黄+直接红棕、制造黄色偏振片

直接墨绿、制造绿色偏振片

直接枣红一制造紫色偏振片

配制染料溶液时,除用相应的染料外，并加入少量的氢氧化钠。

用染料制造彩色偏振片的大体工序是：首先把染料加热成高温溶液,再把透明塑料胶片投入，使染料分子扩散进入片内，最后再用拉伸法使染料分子做单向排列。此外还有一种摩擦法，使染料和透明塑料胶片表面直接摩擦，染料分子便平行附着于胶片上，效果相同。

透明塑料胶片也可以用聚乙烯醇制造。制造H片的浸碘、拉伸、粘合工艺同样适用于彩色偏振片的制造。只不过这时用染料代替碘。另外，在粘合方面，无色透明的环氧树脂光学胶从紫外，可见光到红外有相当好的光谱透过率，又有良好的耐介质性能，是偏振片较为理想的粘合剂。使用时工作室温提高到30℃左右，粘合件预热到40℃左右，这时，环氧胶的粘度下降到100（mpa·s），粘起来并不感到困难。与H偏振片一样，彩色偏振片内染料分子加得愈多，片的偏振度愈高，而相应片的光透射效率降低。

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