五、光的偏振

光的干涉和衍射现象清楚地表明光是一种波，我们知道，波有纵波和横波，这两种波都能够产生干涉和衍射现象，那么，光波究竟是纵波还是横波呢？

我们先用机械波来说明纵波和横波的主要区别，沿着绳传播的横波，如果在它传播的方向上放上带有狭缝的木板（图 6–11），只要狭缝的方向跟绳的振动方向相同，绳上的横波就可以毫无阻碍地传过去；如果把狭缝的方向旋转 90°，绳上的横波就不能通过了，这种现象叫做横波的偏振。纵波是沿着波的传播方向振动的，不论狭缝方向如何，纵波都可以传过去，不会发生偏振现象（图 6–12）。

光是否产生偏振现象呢？十九世纪法国科学家马吕（1775 ~ 1812）发现，光也能够产生偏振现象，我们可以用下面的方法来观察这一现象。

取一块电气石晶体薄片或人造偏振片[1] ，通过它观察太阳光或灯光，可以看到它是透明的。以入射光线为轴旋转晶片，这时着到的透射光的强度并不发生变化，再取一个同样的晶片，把它放在前一晶片的后面，通过它去观察从前一晶片透射过来的光，就会发现，从第二个晶片透射过来的光的强度跟两晶片的相对方向有关，把前一晶片固定，以入射光线为轴旋转后一晶片时，从后一晶片透射过来的光的强度发生周期性的变化：后一晶片转到某一方向时，透射光最强（图 6–13 甲）；再旋转 90°，转到跟前一方向垂直时，透射光最弱，几乎等于零（图 6–13 乙）。

把上述光现象跟机械波的偏振现象相比较，表明光通过品片时产生偏振现象。只有横波才产生偏振现象，所以光波是横波。

上面实验中的现象可以解释如下。太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，并没有一个占优势的方向，也就是说，沿着各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫做自然光。自然光通过第一个晶片（叫做起偏器）后，相当于被一个“狭缝”卡了一下，只有振动方向跟“狭缝”方向一致的光波才能通过（图 6–13），这种振动方向一定的光叫做偏振光。每个偏振片上都有一条标线，表示的就是偏振片允许通过的偏振光的振动方向，这个方向叫做偏振片的偏振化方向，自然光通过第一个晶片后虽然变成了偏振光，但由于自然光中沿各个方向振动的光波强度都相同，所以不论晶片转到什么方向，都会有相同强度的光透射过来，再通过第二个晶片（叫做检偏器）去观察，情形就不同了。不论旋转哪个晶片，两晶片的偏振化方向一致时，透射光最强，两晶片的偏振化方向互相垂直时，透射光最弱。

光的偏振现象并不是罕见的，我们通常看到的绝大部分光，除了从光源直接射来的，基本上都是偏振光，只是我们眼睛不能鉴别罢了，如果通过偏振片去观察从玻璃或水面反射的光，旋转偏振片，就会发现透射光的强度也发生周期性的变化，从而知道反射光是偏振光。

光的偏振现象在技术中有很多应用，例如，在拍摄水面下的景物或展览橱窗中的陈列品的照片时，由于从水面或窗玻璃会发出很强的反射光，使得水面下的景物和橱窗中的陈列品看不清楚，摄出的照片也模糊不清。如果在照相机镜头上加一个偏振片，使偏振片的偏振化方向与反射光的垂直，就可以把这些反射光滤掉，而摄得清晰的照片。汽车在夜间行车时，迎面开来的车灯的光常常使司机看不清路面，容易发生事故，如果在每辆汽车的车灯玻璃上和司机座席前面的窗玻璃上各安上一块偏振片，并使它们的偏振化方向都跟水平方向成 45° 角（图 6–14），就可以解决这个问题。这时，从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟司机自己座前窗玻璃上偏振片的偏振化方向垂直，所以不会射进司机眼里。而从自已的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己的窗玻璃上编振片的偏振化方向相同，所以司机仍能看清自己车灯照亮的路面和物体。

阅读材料：偏振光与立体电影

看立体电影，要戴上一副特殊的眼镜，这样从银幕上看到的人物和自然景物的影像才有立体感，犹如身临其境一般。如果取下眼镜，银幕上的图象就模糊不清了。这是一副什么眼镜？为什么能使我们看到的影像有立体感？学习了偏振光的知识，就可以明白它的原理了。

为了说明立体电影的原理，首先得说说用两只眼睛看物体跟用一只眼睛看物体的区别，用两只眼睛看物体时，由于两眼看到的同一物体略有差别，因而产生立体感。只用一只眼睛看物体，就没有立体感。

普通电影是用一架摄影机拍摄，一架放映机放映的，银幕上的画面是一幅平面图像，立体电影是用两架摄影机并排在一起，同时拍下同一景物的两幅图象，由于两架摄影机对景物的角度不同，所以拍下的两幅图像略有差别，就如同两眼看到的同一物体略有差别一样。放映时，用两架放映机把两架摄影机拍下的两组影片同步放映，使略有差别的两幅图像重叠在银幕上。这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是模糊不清的，要看到立体电影，需要运用光的偏振知识，使两眼各看到一幅图像。在每架放映机前装一块偏振镜（图 6–15），其作用相当于起偏器，从两架放映机发出的带有影像的两束光，通过偏振镜后，就成了偏振光，左右两架放映机前的偏振镜的偏振化方向互相垂直，因此产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众，偏振方向不改变。观众戴的眼镜是一副偏光眼镜，相当于检偏器，偏光眼镜的两只镜片的偏振化方向也是互相垂直的，而且左眼镜片的偏振化方向跟左边放映机前偏振镜的一致，右眼镜片的偏振化方向跟右边放映机前偏振镜的一致。这样，左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，两眼看到的画面略有差别，因而产生立体感。

发布时间：2025/6/15 下午5:00:43  阅读次数：296