光的偏振现象及其特点

偏振是指横波的振动矢量（垂直于波的传播方向）偏于某些方向的现象。纵波不发生偏振。振动方向对于传播方向的不对称性叫作偏振（polarization），它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫作光的偏振。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。

在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。

线偏振光：在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在光的偏振同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光）。你可以通过一个实验想象这是一种什么景象：你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。如果你现在拿绳子上下振动，绳子产生的波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。这时，那座篱笆对你的波来说是“透明的”。但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了，这时这座篱笆就相当于一个起偏振器件。

部分偏振光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。

偏振片（polarizer）是指可以使天然光变成偏振光的光学元件，有黑白和彩色两类，按应用又可分成透射、透反射及反透射三类。偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。

自然光通过偏振片后成为偏振光，偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向一致。在这里偏振片起着起偏器的作用。

检偏器（Analyzer）——用来检验某一束光是否为偏振光。

方法：转动偏振片，观察透射光强度的变化；

自然光：透射光强度不发生变化；

偏振光：透射光强度发生变化。

偏振光通过偏振片后，在转动偏振片的过程中，透射光强度发生变化。在这里偏振片起着检偏器的作用。

检偏器（analyzer）是由偏振片所组合而成的，通常一道自然光通过后改变其偏振态，变成椭圆或圆偏振。如果光被偏极化，可用另一个偏极片试验出来。此一偏振片依其功能，称为检偏器。在偏振光通过此检偏器时旋转检偏器，可以改变透射光的功率密度，借此判断是否得到了所需要的偏振光。

由起偏器产生的偏振光在通过检偏器之后，如图2.19，OM表示起偏器的偏振化方向，ON表示检偏器的偏振化方向，它们的夹角为α。自然光透过起偏器后成为沿OM方向的线偏振光，设其振幅为E0，而检偏器只允许它沿ON方向的分量通过，所以从检偏器透出的光的振幅为(www.xing528.com)

E＝E0cosα

由此可知，若入射检偏器的光强为I0，则检偏器射出的光强与原光强及偏振器角度存在一定关系。

图2.19　偏振光示意图

1808年，马吕斯经实验指出，强度为I0的线偏振光，透过检偏片后，透射光的强度（不考虑吸收）：

I＝I0（cosα）2

式中：α是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角。

一束光强为Io的线偏振光，透过检偏器以后，透射光的光强为I＝Io（cosα）2。式中α是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向间的夹角，该式称为马吕斯定律。

在光路中放入偏振片P1作为起偏器，获得振动方向与P1透振方向一致的线偏振光，线偏振光的强度为入射自然光强度的一半。

当α＝0°或180°时，I＝Io，透射光最强。当α＝90°或270°时，I＝0，透射光强为0。当为其他值时，光强介于0和Io之间。

简单原理：两偏振片的透振方向之间夹角为α，透过起偏器的偏振光振幅为Ao，则透过检偏器的振幅为A，则A＝Aocosα。

因为探测器检测到的是光强，光强为I＝A2。

可得I＝（Aocosα）2＝Io（cosα）2。