光的偏振

　　光的電向量的振動方向不變，或電向量末端在垂直於傳播方向的平面上的軌跡呈橢圓或圓的現象。

　　發展簡史　光的偏振是I.牛頓在1704～1706年間引入光學中的。然而，更早就有人研究過偏振所產生的現象。例如，E.巴托林在1669年曾發現晶體中的雙折射，C.惠更斯在1678～1690年間從理論上作瞭說明。光的偏振這一術語是E.－L.馬呂斯在18008年首先提出的，馬呂斯、J.-B.畢奧、A.-J.菲涅耳、D.F.J.阿喇戈和D.佈儒斯特等人對偏振的效應進行瞭廣泛的研究。最後，J.C.麥克斯韋在1865～1873年間建立的光的電磁理論，才從本質上說明瞭偏振現象。

　　偏振光　電磁波的理論及實驗證明，光是一種橫波。所謂橫波就是指電場及磁場的振動方向垂直於光的傳播方向。圖1中x為電場方向，以矢量E表示，y為磁場方向，以矢量H表示。由於E與H是同步而相伴出現的，所以在表達時，從二者任擇其一即可。如圖1所示是一偏振光，其電矢量限在x方向振動，故名線偏振光。又由於E限在xz平面內振動，故又名平面偏振光。平面xz稱偏振面，又是E的振動面。在早期的書籍中，對偏振的問題沒有弄清楚，曾規定偏振面垂直於振動面。現在有很多書籍上，把振動面和偏振面等同起來，這是合理與方便的，本條采用等同的規定。

　　除平面偏振光外，還有橢圓偏振光與圓偏振光。這兩種偏振光的電矢量的末端在垂直於傳播方向的xy平面上的軌跡是圓或橢圓。圖2所示，為圓偏振光。面對光束方向觀察，順時針轉的稱右旋圓（或橢圓）偏振光，逆時針的稱左旋圓（或橢圓）偏振光。

　　自然光　自然光如燈光、太陽光等都是非偏振光。由於一般光源的發光機制是由為數眾多的電子、原子或分子等的自發輻射。它們之間，除瞭相距很近的以外，無論在發光的前後次序（位相）、振動的取向和大小（偏振和振幅），以及發光的持續時間（波列的長短），都相互獨立。所以在垂直傳播方向的平面上，幾乎各個方向都有大小不等、前後參差不齊而變化很快的電矢量振動。但按統計平均來說，無論哪一個方向的振動都不比其他方向占優勢。

　　自然光中任何一個方向的偏振，都可以分解在某兩個相互垂直的方向上的偏振，它們在每個方向上的時間平均值是相等的。但是由於這兩個分量是相互獨立的，沒有固定的位相關系，所以不能合成為一個平面偏振光。

　　一般以

代表自然光，以 代表紙面內偏振的平面偏振光，以 代表垂直紙面的平面偏振光。以 代表圓或橢圓偏振光。

　　應用　最簡單的應用為在照相機這一類儀器的物鏡前，加一片雙色性微晶制的偏振片。一般反射光，如湖面或平滑的路面上的反射光，不在偏化角反射方向的光，是部分偏振光。把加在物鏡前的偏振片的透過平面轉到垂直反射光的振動方向，則可大大減弱反射光，能使湖面上的物體拍攝得更清楚。如反射光正好在偏化角方向，則可完全消除反射光。用作這類的偏振片，稱偏振濾光片。

　　立體電影片是用左右兩個物鏡分別攝取與人眼觀察到相似的左右兩幅景物的圖像。放映時在放映機兩個物鏡前，分別加上偏振相互垂直的偏振濾光片，然後投射到銀幕上。觀者亦戴上偏振相互垂直的一副偏光眼鏡，使左眼隻能看到左邊放映物鏡投射到銀幕上的畫面，而右眼隻能看到右邊放映的物鏡投射到幕上的畫面，兩者在大腦中匯合，產生立體感。

　　旋光儀是測量物質旋光性的儀器，當然用偏光顯微鏡也能測出一些晶體的放光性。而旋光儀則著重在測液體或溶液的旋光性，測出平面偏振光通過長約10cm的兩端透光的液體管後偏振面的旋轉角度。

　　應用偏振光可消除在夜間行車時汽車頭燈耀眼燈光對迎面汽車司機的影響。方法是把偏振片加在汽車頭燈上，同時亦加在汽車擋風玻璃上。由於兩偏振片的偏振方向都和地面成45°角，使有同樣裝置的迎面來車的偏振光的偏振面正好與自己的擋風玻璃上的偏振片的偏振互相正交，這樣，司機就看不到或看到較弱的迎面來的汽車頭燈光，大大減弱瞭耀眼的程度。

　　其他應用見光測彈性儀、偏振光的幹涉。