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(dòng)方向和光波前進(jìn)方向構(gòu)成的平面叫做振動(dòng)面，光的振動(dòng)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(xiàn)象可以借助于實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)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(zhuǎn)動(dòng)，就可發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨著 P2 轉(zhuǎn)動(dòng)而出現(xiàn)周期性的變化，而且每轉(zhuǎn)動(dòng) 90°就會(huì)重復(fù)出現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度從最大逐漸減弱到最暗；繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng) P2 則光強(qiáng)又從接近于零逐漸增強(qiáng)到最大。由此可知，通過 P1 的透射光與原來的入射光性質(zhì)是有所不同的，這說明經(jīng) P1 的透射光的偏振對(duì)傳播方向不具有對(duì)稱性。自然光經(jīng)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(dòng)方向的振動(dòng)通過，同時(shí)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(dòng)限制在某一振動(dòng)方向上，我們把第一個(gè)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(zhuǎn) P2，當(dāng)它的偏振化方向與偏振光的偏振面平行時(shí)，偏振光可順利通過，這時(shí)在 P2 的后面有較亮的光。當(dāng) P2 的偏振方向與偏振光的偏振面垂直時(shí)，偏振光不能通過，在 P2 后面也變暗。第二個(gè)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(guī)則地變化的光波。按照其性質(zhì)，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(dòng)方向只局限于在一確定的平面內(nèi)，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(shí)間做有規(guī)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(dòng)在傳播過程中只是在某一確定的方向上占有相對(duì)優(yōu)勢(shì)， 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(dòng)方向垂直于光的傳播方向。通常，光源發(fā)出的光波，其光波矢量的振動(dòng)在垂直于光的傳播方向上做無規(guī)則取向，但統(tǒng)計(jì)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(jī)會(huì)均等的，它們的總和與光的傳播方向是對(duì)稱的，即光矢量具有軸對(duì)稱性，均勻分布，各方向振動(dòng)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(diǎn)的軌跡為直線，即光矢量只沿著一個(gè)確定的方向振動(dòng)，其大小，方向不變，稱為線偏振光。

（b） 橢圓偏振光

光矢量端點(diǎn)的軌跡為一橢圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小，方向隨時(shí)間有規(guī)律的變化。

（c） 圓偏振光

光矢量端點(diǎn)的軌跡為一圓，即光矢量不斷旋轉(zhuǎn)，其大小不變，但方向隨時(shí)間有規(guī)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(dòng)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(xiàn)象。它們?yōu)檎駝?dòng)方向互相垂直的線偏振光。

光在非均質(zhì)體中傳播時(shí)，其傳播速度和折射率值隨振動(dòng)方向不同而改變， 其折射率值不止一個(gè)。光波入射非均質(zhì)體，除特殊方向以外，都要發(fā)生雙折射， 分解成振動(dòng)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(xiàn)象稱為雙折射。

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

尋常光 o 的折射率對(duì)于介質(zhì)來說是各向同性的，是個(gè)折射率球；非尋常光的折射率對(duì)于介質(zhì)來說是各向異性的，通常是折射率橢球。

寶石中出現(xiàn)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。