浅谈 光的偏振 及其应用

王彦欣

（ 辽宁大学 ）

【摘要】光所具有的横波特性只能说明电矢量与光的传播方向处于相互垂直状态,在与波的传播方向相互垂直的平面内，其中电矢量还存在着不同的振动状态,这种振动状态就是光的偏振态或偏振结构。

关键词：横波特性 偏振态 偏振结构

1. 偏振的定义

（一）什么是光的偏振现象

波动就是某一个物理量的振动运动在空间中传播的运动，波动可以被分为两种波，一种是横波，另一种是纵波^[1]。波的振动的方向与其传播的方向一般具有两种的情况：二者方向相同或同一种状态时，这种情况称其为纵波：二者方向垂直时，这种情况则称其为横波。对纵波来说，纵波的传播过程是沿着波的方向前进的，因此，可以出现波疏密不同的情况^[2]。

二、偏振光的产生

（一）反射折射（投射）法 ——布儒斯特角

能利用反射折射（投射）法可以将自然光转变为偏振光。当用偏振片透镜检验反射光时，发现当偏振片的两个偏振化反射方向与光进入入射光截面完全垂直时，透过偏振片的反射光强最大；即当处于垂直状态是，透过偏振片的反射光强最小。

根据菲涅耳公式：

反射光

折射光

可得

入射角用 表示，令此时的折射角为 ，则

因此上式定律被称为布儒斯特定律，这个特殊的入射角 称为布儒斯特角。

（二）人造偏振片——马吕斯定律

当一列线偏振光线入射到偏振片上，若其中的光线与该束透振入射光线方向一致（或平行）时，分量入射可以使光透过 （偏振片），而垂直分量却被 所吸收，故透射光强

其中 为入射光强，上式定律称为马吕斯定律。

（三）晶体的双折射——尼科耳棱镜

为了获得更高质量的线偏振光，可以利用光的双折射物理现象从多种自然光中获得。双折射晶体棱镜有很多种。尼科耳棱镜就是其中一种。

三、各种偏振光及其原理

（一）关于椭圆偏振光和圆偏振光

椭圆偏振光指的是若两列在方向上振动频率互相保持垂直，且同时作用于一点时，椭圆偏振光的光矢量的移动大小和旋转方向均可以随旋转时间发生改变，即电矢量的表达式为：

圆偏振光是每一个光在振动场的端点的一个电磁波矢量沿着该光的轨道传播途径方向在该偏振端点的某种光学形式的方向运动，它的光线轨迹大致是一个圆的形状，表示其电矢量为：

如果建立一个新的轴向笛卡尔直角坐标系 ，并且在与光线的两个轴向直角运动的方向内进行传播，那么椭圆偏振光的两个光线运动轴方向矢量E可以沿 ， 方向进行分解为两个分量:

上式可化简为

椭圆长轴或短轴与坐标轴的夹角

可以容易得到电矢量的旋转方向，即为

（二）关于线偏振光和部分偏振光

当自然光通过偏振器（二向色性强的晶体、偏振片等）后，发现只有平行于偏振器的晶体电磁波光矢量和平行于振动源的方向才能够完全通过。如果两列沿Z同轴方向在偏振波之间进行传播的波，那么线偏振光矢量的轴向笛卡尔坐标系的电磁波表达式可以表示为：

式中 、 分别是沿 、 轴的单位矢量。

（三）表示自然光偏振的结构

自然光通常被认为是大量具有不同取向、相互独立、各种不同特殊取向和优越取向的线性偏振光的集合。自然光具有轴对称性^[3]。可以把自然光中所包含的大量线性偏振光当作正交两个方向进行分解，即可得到两种正交方向的发光强度为 ， , 那么总的光强 与正交的光强 ， 的表示关系为

综合上面的讨论可以得到，对于自然光来说，任意两个正交方向上的光强 和 其总光强 的二分之一。

结束语

综上所述，通过这些分析发现光的偏振有许多神奇的现象和一些隐藏的优势，进而可以看到偏振在某些方面上被有效的使用，并且取得很多令人为之赞叹的成绩。光学的应用十分安全、精准度很高，在我们如今生活的方方面面都起着较大的作用。因此，如果科学家继续对其进行下一步的光的偏振的研究，进一步地发掘其不为人知的秘密，让我们的生活更加美好。

参考文献

1. 姚启钧.光学教程[M]. 北京：高等教育出版社,2014:211-213.

2. 崔宏滨.李永平.段开敏.光学[M].科学出版社,2007：129-131.

3. 龙槐生.光的偏振及其应用[M].人民教育出版社,2012,(03):90-94.

4. 弓中强.偏振光的原理探究与其在医学领域的实际应用[J].广西物理,2020,41(03):24-26.

作者介绍：

王彦欣，1998.10.2，男，汉族，内蒙古自治区巴彦淖尔市，研究方向：凝聚态物理

（作者单位：辽宁大学）

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