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物理学原理及工程应用——下册（讲义）

第11章光的偏振

艳阳高照时，为什么偏光镜可以滤除路面或水面的漫反射光？我们欣赏立体电影时，

为什么要佩戴一副特殊的眼镜？液晶屏幕无处不在，手机、电脑、电视……，液晶屏幕是如

何成像的呢？这些都与光的偏振特性密切相关。本章将介绍光的偏振的现象、原理及其应用。

11.1偏振光和自然光

11.1.1线偏振光

光的干涉和衍射现象说明了光的波动性，那么光是横波还是纵波呢？光的偏振现象说

明了光的横波性。

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光的电磁理论指出，光是电磁波，电场强度矢量和磁场振动方向与波的传播方向垂

直，并且它们之间也相互垂直，如图11-1。实验指出，感光作用、生理作用等大多数光学

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现象都是由电场强度矢量引起的。所以，通常我们以电场强度的方向表示光波的振动方

!

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向，将电场强度矢量称为光矢量。

图11-1

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光矢量与光的传播方向垂直，但是在垂直于光的传播方向平面内，光矢量还可能

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有各种不同的振动状态。如果光矢量始终沿某一方向振动，这样的光就称为线偏振光。如

图11-1所示，沿着光的传播方向看，光矢量端点的轨迹就是一条直线。我们把光的振动方

向和传播方向组成的平面称为振动面。由于线偏振光的光矢量保持在固定的振动面内，所以

线偏振光又称平面偏振光。光的振动方向在振动面内不具有对称性，这叫做偏振。显然，

只有横波才有偏振现象，这是横波区别于纵波的一个最明显的标志。

线偏振光可用图11-2所示的方法表示。图中用短线和黑点分别表示在纸面内和垂直于

纸面的光振动，箭头表示光的传播方向。

图11-2

11.1.2自然光

一个原子（或分子）每次发光所发出的波列都可以认为是线偏振光，它的光矢量具有一

定的方向。但是，一般光源（比如太阳、LED灯、日光灯管）发出的光是由大量原子的持

续时间很短的波列组成，这些波列的振动方向和相位是无规则的、随机变化的。在观测时间

内，在垂直于光传播方向的平面上看，光矢量有着、不同的振动状态，可看作是无数线偏振

光的混合，这种光我们称为自然光或非偏振光。按照统计平均来看，无论哪个方向的振动

都不比其他方向更占优势，即光矢量的振动在各方向上的分布式对称的，振幅也可看做完全

相等（如图11-3），它是非偏振的。所以我们可以沿任意两个相互垂直的方向，将自然光

分解为两个相互独立的、等振幅的线偏振光，光强各自等于自然光光强的一半。自然光可用

图11-4所示的方法表示，短线和黑点交替均匀画出，表示光振动对称且均匀分布。

图11-3

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图11-4

11.1.3部分偏振光

在光学实验中，如果采用某种方法将自然光的两个相互垂直的独立振动分量中的一个完

全消除或移走，只剩下另一个方向的光振动，那么就获得了线偏振光。如果只是部分地移走

一个分量，使得另两个独立分量不相等，就获得部分偏振光。部分偏振光的表示方法如