光的偏振，是理解光的干涉，衍射的基础内容

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1、导读：以下章节为灵遁者量子力学科普书籍《见微知著》第8章光的偏振。了解光的偏振现象，是理解干涉，衍射的前提。拉斯穆•巴多林是第一个发现偏振现象的人，马吕斯对于偏振现象做岀诸多贡献，后人尊称他为"偏振之父52、光的偏振不要把生活想的绚丽多彩，要把生活想的白然而然。因为没有时时刻刻的绚丽多彩，就像你不会每天都站在领奖台上一一样。文字是这个世界最伟大的发明，书籍是我们进步的阶梯。我用文字来点缀生活，来记录时间。今天我们一起来看看，什么叫光的偏振。基本定义是这样：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做光的偏振。只有

2、横波才能产生偏振现彖，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【从统计角度来将】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。传播方向如果大家觉得不好理解，可以先理解偏振的概念，然后在理解光的偏振。偏振指的是波动能够朝着不同方向振荡的性质。电磁波、引力波都会展示出偏振现象。一般传播于气体或液体的声波不会展示出偏振现象，因为声波只会朝着传播方向振荡。电磁波的屯场与磁场彼此相互垂直。按照常规，电磁波旳偏振方向

3、指的是电场的偏振方向。在自由空间里，电磁波是以横波方式传播，即电场与磁场又都垂直于电磁波的传播方向。理论而言，只要垂直于传播方向的方向，振荡的电场可以呈任意方向。假若电场的振荡只朝着单独一个方向，则称此为"线偏振“或"平面偏振J假若电场的振荡方向是以电磁波的波频率进行旋转动作，并且电场矢量的矢端随着时间流意勾绘出圆型，则称此为"圆偏振、假若勾绘出椭圆型，则称此为"椭圆偏振=对于这两个案例，又可按照在任意位置朝着源头望去，电场随时间流易而旋转的顺时针方向、逆时针方向，将圆偏振细分为"右旋圆偏振左旋圆偏振匕将椭圆偏振细分为"右旋椭圆

4、偏振、"左旋椭圆偏振J这性质称为手征性。如卜图电场矢軍炳着时间轴〉济易而溜变。电场矢軍以黒色粗线喪示，它的X-分里、厂分里分别以红色细线、蓝色细线表示。在基部的图样是矢虽的矢灌隨着时间济易对于xy平面的投射。【注意看基底的投射，分别是线，正圆，椭圆。以此来划分偏振形态的。】上面的论述，其实说明了偏振的本质是描述了波在空间屮的电场强度变化，是空间及时间的函数。在涉及到横波传播的科学领域，例如光学、地震学、无线电学、微波学等等，偏振是很重要的参数。激光、光纤通信、无线通信、雷达等等应用科技，都需要完善处理偏振问题。那么谁是第一个发现

5、光偏振现象的人呢？大家早已忘记，我们来认识一下吧。他是丹麦科学家拉斯穆•巴多林，他于1669年发现了光束通过冰洲石时会出现双折射现象，假设照射光束于冰洲石，则这光束会被折射为两道光束，一道光束遵守普通的折射定律，称为"寻常光匕另外一道光束不遵守普通的折射定律，称为"非常光=巴多林无法解释这现象的物理机制。后来，克里斯蒂安•惠更斯注意到这奇特现象，他在1690年著作《光论》的后半部里，对这现象有很详细的论述。灵遁者他认为，由于空间可能存在有两种不同物质，所以才会出现两道光束，它们分别对应于两个不同的波前以不同的速度传播于空间，所以

6、，这不是很不平常的现彖,但是，惠更斯又发现，这两道光束与原本光束的性质大不相同，将其中任何一道光束照射于第二块冰洲石，则折射出来的两道光束，其蝠照度会因为绕着光束轴旋转冰洲石而改变，有时候甚至只会剩成一道光束。惠更斯猜想光波是纵波，他想出的简单波动理论不能对这现象给出解释。【两束光变为一束光是入射角度导致的，有一个特殊的入射角度。这是我们后来知道的。】而艾萨克•牛顿猜测，双折射现彖意味着组成光束的粒子具有侧面（垂直于移动方向）性质。1808年，法兰西学术院提议，18W年物理奖比赛的题目为"对于双折射给出数学理论，并且做实验证实”

7、。艾蒂安-路易•马吕斯决定参与竞争。他做实验观察，日光照射于卢森堡宫的玻璃窗，然后被玻璃反射出来的光束，假若入射角度达到某特定数值，则这反射光与惠更斯观察到的折射光具有类似的性质，他称这性质为“偏振”性质。他猜想，组成光束的每一道光线都具有某种特别的不对称性；当这些光线具有相同的不对称性时，则光束具有偏振性；当这些光线的不对称性分别概率地指向不同方向时，则光束具有非偏振性；当在这两种案例之间时，则光束具有部分偏振性。不单是玻璃，任何透明的固体或液体都会产生这种现象。他又从实验结果推论出马吕斯定律，定量地给出偏振光通过检偏器后的辐

8、照度，考虑到偏振方向与检偏器传输轴方向之间的夹角角度。这实验极具创意，乂得到了很丰硕的重要成果,马吕斯因此荣获18W年的物理奖。马吕斯对于偏振现象做出诸多贡献，后人尊称他为"偏振之父S后来，奥古斯丁•菲涅耳与弗朗索瓦•阿拉戈合作研究偏振对于杨氏干涉实验的影响，他