偏振光原理

偏振光

偏振光。光是一種電磁波，電磁波是橫波。而振動方向和光波前進方向構成的平面叫做振動面，光的振動面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或線偏振光。

光的偏振現象可以借助于實驗裝置進行觀察，P1，P2 是兩塊同樣的偏振片。通過一片偏振 P1 直接觀察自然光（如燈光或陽光），透過偏振片的光。

偏振光原理

     雖然變成了偏振光，但由于人的眼睛沒有辨別偏振光的能力，故無法察覺。如果我們把偏振片 P1 的方位固定，而把偏振片 P2 緩慢地轉動，就可發現透射光的強度隨著 P2 轉動而出現周期性的變化，而且每轉動 90°就會重復出現發光強度從最大逐漸減弱到最暗；繼續轉動 P2 則光強又從接近于零逐漸增強到最大。由此可知，通過 P1 的透射光與原來的入射光性質是有所不同的，這說明經 P1 的透射光的偏振對傳播方向不具有對稱性。自然光經過偏振片后，改變成為具有一定偏振方向的光。這是由于偏振片中存在著某種特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允許平行于偏振化方向的振動方向的振動通過，同時吸收垂直于該方向的偏振的光。通過偏振片的透射光，它的振動限制在某一振動方向上，我們把第一個偏振片P1 叫做“起偏器"，它的作用是把自然光變成偏振光，但是人的眼睛不能辨別偏振光。必須依靠第二片偏振片 P2 去檢查。旋轉 P2，當它的偏振化方向與偏振光的偏振面平行時，偏振光可順利通過，這時在 P2 的后面有較亮的光。當 P2 的偏振方向與偏振光的偏振面垂直時，偏振光不能通過，在 P2 后面也變暗。第二個偏振片幫助我們辨別出偏振光，因此它也稱為“檢偏器"。

偏振光是指光矢量的偏振方向不變，或具有某種規則地變化的光波。按照其性質，偏振光又可分為平面偏振光（線偏振光），圓偏振光和橢圓偏振光，部分偏振光幾種。如果光波電矢量的振動方向只局限于在一確定的平面內，則這種偏振光稱為平面偏振光，若軌跡在傳播過程中為一直線，故又稱線偏振光。如果光波電矢量隨時間做有規則的改變，即電矢量末端軌跡在垂直于傳播方向的平面上呈圓形或橢圓形，則稱為圓偏振光或橢圓偏振光。如果光波電矢量的振動在傳播過程中只是在某一確定的方向上占有相對優勢， 這種偏振光就稱為部分偏振光。

自然光

光波是橫波，即光波矢量的振動方向垂直于光的傳播方向。通常，光源發出的光波，其光波矢量的振動在垂直于光的傳播方向上做無規則取向，但統計平均來說，在空間所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是機會均等的，它們的總和與光的傳播方向是對稱的，即光矢量具有軸對稱性，均勻分布，各方向振動的振幅相同，這種光就稱為自然光。

偏振光

（a） 線偏振光

光矢量端點的軌跡為直線，即光矢量只沿著一個確定的方向振動，其大小，方向不變，稱為線偏振光。

（b） 橢圓偏振光

光矢量端點的軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉，其大小，方向隨時間有規律的變化。

（c） 圓偏振光

光矢量端點的軌跡為一圓，即光矢量不斷旋轉，其大小不變，但方向隨時間有規律的變化。

部分偏振光

在垂直于光傳播方向的平面上，含有各種偏振方向的光矢量，但光振動在某一方向更顯著，不難看出，部分偏振光是自然光和偏振光的疊加。

雙折射

光束入射到各向異性的晶體，分解為兩束光而沿不同方向折射的現象。它們為振動方向互相垂直的線偏振光。

光在非均質體中傳播時，其傳播速度和折射率值隨振動方向不同而改變， 其折射率值不止一個。光波入射非均質體，除特殊方向以外，都要發生雙折射， 分解成振動方向互相垂直，傳播速度不同，折射率不等的兩種偏振光，此現象稱為雙折射。

此外，光波僅在入射一軸晶體時會分解成常光 o 與非常光 e，而在入射二軸晶體時分解的兩種偏振光均為非常光！

尋常光 o 的折射率對于介質來說是各向同性的，是個折射率球；非尋常光的折射率對于介質來說是各向異性的，通常是折射率橢球。

寶石中出現明顯雙折射的例子是方解石，透過方解石的菱面體解理塊就可看到很明顯的重影。其他一些在 10× 放大鏡下有有明顯雙折射的寶石有碧璽（DR=0.014 到 0.021）、橄欖石（DR=0.036）、中到高型鋯石（高型DR=0.059）、合成莫伊桑石等。