十三、光的偏振态(§14-13)

    1. 自然光和线偏振光

    干涉和衍射是纵波和横波共同具有的特性,而偏振则是横波所独具的性质。所以,光的偏振有力地证明了光波是横波。关于线偏振光和自然光,教材中都有明确的定义和示意图,读者可以结合示意图去正确理解它们的定义,同时还应注意以下问题。

    (1)  为什么自然光可以用两个互相垂直的光振动来表示?

    这是因为在与传播方向相垂直的平面内自然光的光矢量具有各种不同的振动方向,并且各个方向上振动的振幅都是相等的,而任何一个方向的振动,都可以分解为两个互相垂直方向上的分振动。因此,大家可以任意选择两个互相垂直的方向,将所有方向的振动都沿这两个方向分解,再将两个方向的分振动分别相加,最后必然得到两个互相垂直的且幅度相等的光振动。这两个光振动在总光强中各自占据1/2的份额。

    (2)  为什么自然光中的两个互相垂直的光振动不可以再合成起来,从而得到线偏振光?

    理论和实验都证明,两个互相垂直的同频率的振动,若具有固定的相位关系,则必定可以合成起来,合振动或是线偏振,或是椭圆(或圆)偏振。只有在这两个分振动的相位差为0± p的情况下,合振动才成为线偏振。可见,要将自然光的两个互相垂直的光振动再合成起来,必须要求这两个振动之间存在固定的相位差,若合成为线偏振光,则要求它们之间的相位差为0± p,这显然是办不到的。在自然光中,不仅两个互相垂直的振动之间不存在固定的相位关系,而且由于这两个振动中的每一个都是由大量波列分解得到的,因而自身就没有固定的相位。所以将这两个互相垂直的振动合成是没有意义的,更不能由此而获得线偏振光。

    (3)  如何由自然光获得线偏振光?

    由自然光获得偏振光,可以使用一定的方法将两个互相垂直的振动中的一个滤去,剩下的一个就是线偏振光;或者通过一定的途径将两个互相垂直的振动分开,分开后的每一个都是线偏振光,它们的振动面互相垂直。

    2. 部分偏振光

    (1)  部分偏振光是振动态介于自然光和线偏振光之间的光振动,也可以象自然光那样用两个互相垂直的光振动来表示,不过这两个互相垂直的光振动的振幅是不相等的,所以这两个光振动在总光强中各自占据的份额不同。

    (2)  在部分偏振光中,两个互相垂直的光振动之间同样不存在固定的相位关系,所以将它们合成也是没有意义的。

    (3)  若将自然光的两个互相垂直的光振动减弱任意一个,可以获得部分偏振光。若将部分偏振光中两个互相垂直的光振动滤去任意一个,剩下的一个就是线偏振光;若将两个互相垂直的光振动分开,可以获得振幅不同、振动面互相垂直的两个线偏振光。

    3. 椭圆偏振光和圆偏振光

    (1)  光矢量末端的轨迹是椭圆的光振动,是椭圆偏振光;光矢量末端的轨迹是圆的光振动,是圆偏振光。

    (2)  椭圆偏振光是由两个互相垂直的、存在固定相位差f的线偏振光合成而得到的,并且f是不为0± p的任意值。当f = ±p / 2时,光振动是以坐标轴为主轴的正椭圆。当f = ±p / 2、并且两个线偏振光的振幅相等时,椭圆偏振光变为圆偏振光。

    (3)  迎着光的传播方向看去,光矢量的末端沿顺时针方向旋转,称为右旋,这时f > 0;迎着光的传播方向看去,光矢量的末端沿逆时针方向旋转,称为左旋,这时f < 0

       
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