Polarization

光的横波性

声波是纵波、疏密波, 不存在偏振现象 光波是横波, 偏振是横波特有的性质, 所以可以利用偏振片验证横波

偏振片

只让某一振动方向光波通过的光学元件称为偏振片. 这个方向被称为偏振片的透振方向或偏振方向

偏振片按其用途（获得偏振光、检验偏振光）分别称为起偏器、检偏器

立体电影

在观看立体电影时, 观众需要戴上一副眼镜, 这就是一对透振方向互相垂直的偏振片. 其原理是平时我们只有用两只眼镜看物体才能产生立体感, 如果用两个镜头如人眼那样, 从两个不同的方向同时摄下电影场景的像, 制成正片. 在放映时通过两个放映机用振动方向互相垂直的两种线偏振光重叠地放映到银幕上, 人眼通过上述的偏振眼镜观看, 每只眼睛只能看到相应独立的一个图像, 就会像直接观看时那样产生立体的感觉

自然光

光场中的任一点、任一传播方向, 都同时存在着大量各种随机取向的横振动, 且没有固定的位相差, 因而, 在与传播方向垂直的任一方向上的振动都是相等的. 这类型的光称为自然光. 一般的热辐射光源发出的光波都是自然光

线偏振光

只包含单一振动方向的光称为线偏振光或面偏振光. 其振动方向和传播方向构成的平面称为振动面

Malus 定律

线偏振光在其它方向上的振动分量同其与振动面夹角余弦的平方成正比, 即:

$$I_2=I_1{\cos }^2\theta ,E_2=E_1\cos \theta$$

由于自然光可以看作是互相垂直的两个平面偏振光的叠加, 所以自然光透过偏振片后, 可以看作是平行于偏振片偏振方向的那一部分通过, 垂直的那一部分不能通过, 所以透过的光强变为原来的一半

$$I=\frac{1}{2}{I}_0$$

部分偏振光

若在各不同方向的横振动中, 某一方向占有优势, 这类光波称为部分偏振光

部分偏振光是介于自然光和线偏振光之间的一种状态. 部分偏振光的偏振程度用偏振度来衡量:

$$P=\frac{I_{\text{max}}-I_{\text{min}}}{I_{\text{max}}+I_{\text{min}}}$$

当$P=0$时, 称之为自然光（非偏振光） 当$P=1$时, 称之为线然光（全偏振光）

偏振光的图示标记方法

圆偏振光

电矢量在垂直传播方向的平面内作匀速转动, 其端点扫出一个圆形的轨迹, 这类光波称为圆偏振光 当迎着传播方向观察, 电矢量逆时针转动, 称为左旋圆偏振光；电矢量顺时针转动, 称为右旋圆偏振光.

两个振幅相等、方向垂直, 相位差$\pm \pi /2$的振动的合成振动, 这就是圆偏振光

$$\{\begin{array}{l}{E}_x=A\cos \omega t\\ E_y=A\cos (\omega t\pm \pi /2)\end{array}$$

$\pi /2$对应于右旋, $-\pi /2$对应于左旋

不能用检偏器区分自然光和圆偏振光

椭圆偏振光

电矢量在垂直传播方向的平面内作匀速转动, 其端点扫出一个椭圆形的轨迹, 这类光波称为椭圆偏振光. 椭圆偏振光也有左旋、右旋的区分, 其定义与圆偏振光相同

两个振幅不等, 方向垂直, 位相差不等于$\pm \pi /2$的振动的合成振动, 就是椭圆偏振光

位相差大于$0$对应于右旋, 小于$0$对应于左旋

不能用检偏器区分部分偏振光和椭圆偏振光