偏振是什么

偏振是光的一种特性。偏振是指横波的振动矢量（垂直于波的传播方向）偏于某些方向的现象，纵波只沿着与波一致的方向振动，所以没有偏振。振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。只有横波才能产生偏振现象，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。

1、线偏振光

光的传播过程中，只有一种振动，其振动方向始终保持在光的偏振同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。你可以通过一个实验想象这是一种什么景象：你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。如果你现在拿绳子上下振动，绳子产生的波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。这时，那座篱笆对你的波来说是 透明的 。但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了，这时这座篱笆就相当于一个起偏振器件。

2、圆偏振光

旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。在我们的观察时间段中平均后，圆偏振光看上去是与自然光一样的。但是圆偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，而自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的。

3、椭圆偏振光

在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果。

4、部分偏振光

光波包含一切可能方向的振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。

1、折射产生的线偏振光

如果想要偏振方向平行于入射面的偏振光怎么办呢？我们有办法！思路就是入射光以布儒斯特角日射一堆平行放置的玻璃片，在每一层玻璃片上都产生上面所说的现象，经过N层玻璃片之后，折射光线中的s偏振几乎可以认为没有了，只留下p偏振光。

2、线栅起偏器中最简单的平行导线栅是由许多平行的金属丝密排组成的平面结构。

按照电磁波的辐射理论 ,当非偏振光入射其上时 ,电矢量沿导线方向的光波会被线栅吸收 ,而电矢量垂直于线栅的光分量则能透过 ,因而线栅透射光的电振动矢量与栅格是垂直的。线栅偏光镜制造工艺是蒸发一束金原子如铝原子 ,以近掠入射角射到一个以硫化锌或硒化锌为基底的闪耀光栅上，此时金属积聚在光栅的每 —个台阶的边缘形成极细的“导线”,如图 4 所示 ,它们的间隔 d 小于一个波长。

另外还可用衍射光栅或小阶梯光栅产生偏振光。衍射光栅反射的光是偏振的 ,但是效应很微弱 ,并且与波长有密切关系；而小阶梯光栅可产生明显的线偏振光。

3、反射产生线偏振光

使用的方法就是大家很熟悉的布儒斯特定律。当入射光以某一角度入射到透明介质中时，反射光为偏振方向垂直于入射面的偏振光（s偏振光），投射光线为部分偏振光。通过这种方法我们就得到了s偏振光。

4、由干涉产生线偏振光

由玻片堆启发我们把玻璃片换成各种膜，在等腰直角棱镜的斜面上交替蒸镀高低折射率的膜层，设计膜系使布儒斯特角为45°，然后两个等腰直角棱镜胶合，就变成了偏振分光棱镜（PBS）。入射光垂直进入棱镜，在各膜层之间反复反射和折射，并最后被分解成两束偏振相互垂直的线偏光。看似和干涉没什么关系，我们看反射光，当精准控制膜系的时候就会产生多光束干涉。

5、由散射产生线偏振光

如图5所示，由光源S射出的自然光通过盛水的器皿M，如果水经过仔细清洁处理，则从垂直光束的方向观察器皿，几乎看不到光束，也就是原光束不向旁方向散射。如果把少量肥皂水或牛奶滴到器皿里，就会产生强烈的散射，从各个方向看，光束都是明显可见的，在与入射光垂直的方向用检偏器P进行观察，可以发现散射光是偏振的。电场的振动方向垂直于入射光线与观察方向所形成的平面。

光的偏振分为自然光（没有偏振）、部分偏振光和全偏振光。其中全偏振又分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。想要分辨偏振态的话检偏器是不可缺少的。当一束光通过检偏器，转动检偏器，出现消光现象的，可以断定这束光是线偏振光；如果旋转检偏器光强没有发生变化，从上面的图示中可以看出，圆偏振光和自然光都会有这种现象，也就是说我们不可以分辨出这两种偏振态；如果旋转检偏器光强有强弱变化，那么可以断定这束光要么是部分偏振光，要么是椭圆偏振光。

通过上面的简要分析我们看到一个检偏器可以把一束未知光束分成三组：第一组——线偏振光、第二组——自然光或圆偏振光、第三组部分偏振光或椭圆偏振光。

现在的矛盾聚焦在了如何区分剩下的两组偏振态。我们在回顾一下上周五的内容，椭圆偏振光和圆偏振光都是脱胎于线偏振光的，由线偏振到椭圆或者圆偏振引入了一件神器——1/4波片。俗话说解铃还须系铃人，想要分辨出这两组偏振态还得请出1/4波片。

1、如何分辨自然光和圆偏振光

在检偏器之前加一个1/4波片，它就会把圆偏振还原成线偏振光，而1/4波片对自然光没影响，我们再转动检偏器，如果光束还是没有产生消光现象，那么这束光就是自然光了，反之就是圆偏振光。

2、如何分辨部分偏振光和椭圆偏振光

还是利用老方法，把椭圆偏振光还原成线偏振光来检验，这需要注意了偏振片停留在透射光强度最大的位置，在偏振片前插入1/4玻片，使玻片的光轴与偏振片的投射方向平行，再次转动偏振片会若出现消光现象，即为椭圆偏振，即椭圆偏振片变为线偏振光；若还是不出现消光，则为部分偏振光。

之后各种偏振态的光束就可以轻松鉴别了