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上周我們討論了各種常見反射鏡的特點及選型注意點，這周我們將介紹偏振光的相關(guān)知識及常見偏振光學元件。

什么是偏振態(tài)？

中學物理告訴我們，當振動在介質(zhì)中傳播時，有兩種形式，一種叫做縱波，即在傳播介質(zhì)中粒子的振動方向與波的傳播方向平行；另一種叫做橫波，即在傳播介質(zhì)中粒子的振動方向與波的傳播方向垂直。光波是橫波，其電矢量的振動方向應(yīng)與光波的傳播方向垂直，但在與傳播方向垂直的二維空間里電矢量還可能有各種不同的振動方式。我們將光振動方向相對光傳播方向不對稱的性質(zhì)稱為光的偏振態(tài)。這也是橫波區(qū)別于縱波最明顯的標志。

就偏振性而言，光的偏振態(tài)主要有三類：完全偏振光（線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光），非偏振光（自然光）和部分偏振光，圖2為三類偏振光示意圖。

• 線偏振光：光在傳播過程中電矢量的振動只限于一確定平面內(nèi)，則這種光稱為線偏振光，如圖2(a) 所示。
• 圓偏振光：在光的傳播方向上，任意一個場點的電矢量以角速度(即光波的圓頻率)勻速地轉(zhuǎn)動它的方向，但大小不變，或者說電矢量的端點在波面內(nèi)描繪出一個圓，如圖2(b) 所示。
• 橢圓偏振光: 在光的傳播方向上，任意一個場點的電矢量既改變它的大小又以角速度勻速地轉(zhuǎn)動它的方向，或者說電矢量的端點在波面內(nèi)描繪出一個橢圓，如圖2(c) 所示。
• 自然光：普通光源所發(fā)射的光波，在光的傳播方向上的任意一個場點，電矢量既有空間分布的均勻性，又有時間分布的均勻性，也就是在軸對稱的各個方向上電矢量的時間平均值是相等的，具有這種特點的光叫做自然光，如圖2(d) 所示。
• 部分偏振光：若光波中雖包含各種方向的振動，但在某特定方向上的振動占優(yōu)勢，例如在某一方向上的振幅最大，而在與之垂直的另一方向上的振幅最小，具有這種特點的光叫做部分偏振光。圖2(e) 表示在部分偏振光的傳播方向上，任意一個場點上振動矢量的分布。

如何獲得偏振光？

獲取偏振光的常用手段如下：

• 反射或折射

在反射鏡選型指南中提到過，反射光和折射光中的s波和p波的反射系數(shù)和透射系數(shù)都是不同的，這就意味著反射和折射都會改變光的偏振態(tài)，特別是當光在光疏-光密界面以布儒斯特角入射時，反射光是振動方向垂直于入射面的線偏振光，而折射光則是偏振度很高的部分偏振光。入射光照射在反射鏡時，其偏振態(tài)一般都會受到影響。

• 干涉

該方法通常是在兩個直角玻璃棱鏡的斜面上交替鍍以不同于棱鏡折射率的高折射率和低折射率薄膜，再將兩部分膠合成立方體。自然光以 45°角入射到多層膜堆上，光束在薄膜內(nèi)發(fā)生多次反射并干涉（在各膜層中中心波長光線均以布魯斯特角入射），經(jīng)膜片堆起偏后, 兩線偏振光分量沿正交方向輸出，該元件即偏振分束立方體。

• 散射

當光通過偏振物質(zhì)時，利用光的強烈散射或全反射，物質(zhì)的電偶極矩在光波的電磁場作用下受迫振動，振動方向與入射光的電場振動方向一致，因此便向外輻射電磁波。根據(jù)電偶極子輻射，電偶極子只是在其他方向上輻射電磁波，而在偶極子的軸向上不輻射電磁波。而自然光可以看做由兩個相互垂直的非相干偏振光組成。這樣可知在沿自然光方向看去時仍是自然光，但觀察方向垂直于主光束時則是平面偏振光，其他方向上則是部分偏振光。

• 二向色性

二向色性指各向異性的晶體對不同振動方向的電矢量有不同吸收的性質(zhì)，這種性質(zhì)與晶體本身相關(guān)，還與光波的波長有關(guān)。對于由振動方向相垂直而合成的線偏振白光，當其通過晶體后會呈現(xiàn)不同的顏色。另外，一些本來各向同性的介質(zhì)在受到外界作用時也會變?yōu)楦飨虍愋?，從而具有二向色性。利用這一特性就可以改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)。自然界中，存在手性物質(zhì)，其本身存在圓二向色性。

• 雙折射晶體

一束光入射到某些晶體上，光束在晶體內(nèi)分成兩束折射光，這種現(xiàn)象稱為雙折射。在單軸晶體中的兩折射光束，有一束遵守折射定律，這束光稱為尋常光，簡稱o光；另一束不遵守折射定律（即折射光線不一定在入射面內(nèi)，而且對不同的入射角，入射角的正弦與折射角正弦之比不是恒量），這束光稱為非常光，簡稱e光。o光和e光都是線偏振光，o光的振動方向垂直于它對應(yīng)的主平面（晶體的光軸和光線所組成的平面），e光的振動方向平行于它所對應(yīng)的主平面。在大多數(shù)情況下，這兩個主平面之間的夾角很小。因而o光和e光的振動方向可以認為是互相垂直的。