光學要點(三):光的偏振

偏振性：由於電磁波是橫波，光矢量振動方向與波的傳播方向是垂直的，因此光矢量在垂直于波線的平面內不是對稱分布的，而是偏向某個特定的方向（如下圖所示，光矢量沿著 

縱波的振動方向相對波線的方向沒有偏向性，因此縱波沒有偏振性。

光的偏振態的類型：雖然一個單獨的電磁波的波列一定是偏振的，但是實際的電磁波並不是一個單獨的波列，而是由大量的波列混合一起形成的，因此一束光總體往往不是偏振的。

a. 自然光：在垂直于波線的平面內，光振動沿著任何方向的振幅都一樣大，如上圖中(a)所示，且彼此之間沒有固定的相位關係。

b. 部分偏振光：在垂直于波線的平面內，光振動沿不同方向的振幅不相同，如上圖中(b)所示。

c. 線偏振光：只存在沿一個固定方向振動的光矢量的光。

d. 圓偏振光和橢圓偏振光：在垂直于波線的平面內，光矢量以一定的角速度旋轉，如果光矢量同時保持大小不變，則為圓偏振光，否則就是橢圓偏振光。

注意：電場強度並不像位移那樣具有長度量綱，因此不能把光振動看成在空間點振動，也不能認為它轉動時末端在空間形成一個軌跡！這只是一種類比，並不存在軌跡的概念。

原理：塗有二向色性物質的玻片，能讓特定方向的光矢量透過，而與之垂直方向的光矢量則被吸收，因此穿過偏振片之後的光就成為線偏振光。

馬呂斯定律：強度為 

起偏器與檢偏器：偏振片的兩種不同角色，從自然光中獲得線偏振光時，偏振片是起偏器；而檢驗光是否是偏振光時，偏振片是檢偏器。

入射面：界面的法線與光線所決定的平面，如下圖中所示，入射光線入射水平界面，則入射面為 

自然光在界面上發生反射和折射時，反射光和透射光都成為部分偏振光，一般來說，反射光中垂直於入射面的光矢量多於平行於入射面的光矢量。

布儒斯特定律：設光從折射率分別為 布儒斯特角，也叫起偏角。因此，利用布儒斯特定律，可以從自然光中獲得偏振光。

自然光入射到某些各向異性的晶體時，會產生兩束線偏振光，其中一束遵循折射定律，稱之為尋常光（ 

關於光的偏振，有很多好玩的東東，這裡舉一個例子。

下面第一個視頻中，兩個偏振片的偏振方向相互垂直被疊在一起，光全部被擋住了，這個很好理解，自然光經過第一個偏振片以後，出射的是與第二個偏振片的偏振方向垂直的偏振光，所以第二個偏振片就沒有光透過了。

接下來我們再加入一個偏振片，並轉動它，會發現又變亮了起來！是不是有點違反直覺？因為偏振片就是過濾光的啊！所以多加一個不就過濾的更多的光嗎？應該更黑啊，怎麼會反而變亮了呢？

這個「詭異「」現象背後的規律就是本節所學的馬呂斯定律：光依次通過這些偏振片時，以相鄰的兩個偏振片的偏振方向的夾角的餘弦函數的平方作為比例透過光強，如果插入的第三個偏振片與第一個偏振片的夾角是 

實際上，更為奇特的是，如果加入更多的偏振片，會提供更大的透射光強，具體可根據馬呂斯定律自行證明。

 

這裡順便再說一下所謂直覺，在物理學裡，它絕對是一個格調很高大上的詞語，建議輕易不要說，因為大多數人的「物理直覺「往往是錯的，大佬們的所謂直覺也不是一朝一夕就建立起來的。

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