偏振光原理

偏振光

偏振光。光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。

光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，P1，P2 是两块同样的偏振片。通过一片偏振 P1 直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振片的光。



偏振光原理

     虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。如果我们把偏振片 P1 的方位固定，而把偏振片 P2 缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着 P2 转动而出现周期性的变化，而且每转动 90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动 P2 则光强又从接近于零逐渐增强到最大。由此可知，通过 P1 的透射光与原来的入射光性质是有所不同的，这说明经 P1 的透射光的偏振对传播方向不具有对称性。自然光经过偏振片后，改变成为具有一定偏振方向的光。这是由于偏振片中存在着某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动方向的振动通过，同时吸收垂直于该方向的偏振的光。通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上，我们把第一个偏振片P1 叫做“起偏器"，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。必须依靠第二片偏振片 P2 去检查。旋转 P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在 P2 的后面有较亮的光。当 P2 的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时，偏振光不能通过，在 P2 后面也变暗。第二个偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器"。

偏振光是指光矢量的偏振方向不变，或具有某种规则地变化的光波。按照其性质，偏振光又可分为平面偏振光（线偏振光），圆偏振光和椭圆偏振光，部分偏振光几种。如果光波电矢量的振动方向只局限于在一确定的平面内，则这种偏振光称为平面偏振光，若轨迹在传播过程中为一直线，故又称线偏振光。如果光波电矢量随时间做有规则的改变，即电矢量末端轨迹在垂直于传播方向的平面上呈圆形或椭圆形，则称为圆偏振光或椭圆偏振光。如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势， 这种偏振光就称为部分偏振光。




自然光




光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上做无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性，均匀分布，各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。

偏振光




（a） 线偏振光

光矢量端点的轨迹为直线，即光矢量只沿着一个确定的方向振动，其大小，方向不变，称为线偏振光。

（b） 椭圆偏振光

光矢量端点的轨迹为一椭圆，即光矢量不断旋转，其大小，方向随时间有规律的变化。

（c） 圆偏振光

光矢量端点的轨迹为一圆，即光矢量不断旋转，其大小不变，但方向随时间有规律的变化。







部分偏振光




在垂直于光传播方向的平面上，含有各种偏振方向的光矢量，但光振动在某一方向更显著，不难看出，部分偏振光是自然光和偏振光的叠加。




双折射




光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。它们为振动方向互相垂直的线偏振光。

光在非均质体中传播时，其传播速度和折射率值随振动方向不同而改变， 其折射率值不止一个。光波入射非均质体，除特殊方向以外，都要发生双折射， 分解成振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏振光，此现象称为双折射。

此外，光波仅在入射一轴晶体时会分解成常光 o 与非常光 e，而在入射二轴晶体时分解的两种偏振光均为非常光！

寻常光 o 的折射率对于介质来说是各向同性的，是个折射率球；非寻常光的折射率对于介质来说是各向异性的，通常是折射率椭球。

宝石中出现明显双折射的例子是方解石，透过方解石的菱面体解理块就可看到很明显的重影。其他一些在 10× 放大镜下有有明显双折射的宝石有碧玺（DR=0.014 到 0.021）、橄榄石（DR=0.036）、中到高型锆石（高型DR=0.059）、合成莫伊桑石等。