偏振光与自然光的区别—中国光学光电子行业网

光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。通常光源发出的光，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。这种光叫做自然光。光的偏振性是光的横波性的最直接，最有力的证据，光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，P1、P2是两块同样的偏振片。通过一片偏振片p1直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振片的光虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。如果我们把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着P2转动而出现周期性的变化，而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大。由此可知，通过P1的透射光与原来的入射光性质是有所不同的，这说明经P1的透射光的振动对传播方向不具有对称性。自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。这是由于偏振片中存在着某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时吸收垂直于该方向振动的光。通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一个偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。必须依靠第二片偏振片P2去检查。旋转P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2的后面有较亮的光。当P2的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时，偏振光不能通过，在P2后面也变暗。第二个偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器”。

　光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有

某种规则地变化的光波。按照其性质,偏振光又可分为平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振、部分偏振光几种。如果光波电矢量的振动方向只局限在一确定的平面内，则这种偏振光称为平面偏振光，因其电矢量的末端轨迹在传播过程中为一直线，故又称线偏振光。如果光波电矢量随时间作有规则地改变，即电矢量末端轨迹在垂直于传播方向的平面上呈圆形或椭圆形,则称为圆偏振光或椭圆偏振光。如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势，这种偏振光就称为部分偏振光。

1．自然光
   　振动方向随机，相对于波矢对称，叠加是按强度进行叠加。
       可沿任意方向正交分解，在任一方向的强度为总强度之半。
       自然光是大量原子同时发出的光波的集合。其中的每一列是有一个原子发出的，有一个偏振方向
和位相，但光波之间是没有任何关系的。所以，他们的集合，就是在各个方向振动相等、位相差随机
的自然光。

        在直角坐标系中，一列与X轴夹角为θ的光，在X方向的振幅为，由于各个光波在X
  方向总强度是光强相加，故有
         
        同理 
        而总光强，故 
  2．平面偏振光（线偏振光）
       只包含单一振动方向的电矢量。
  在任一方向的光强，马吕斯定律。

        用偏振片可以获得平面偏振光。
        消光比=最小透射光强/最大透射光强
 3．部分偏振光
      介于自然光和线偏光之间。
        偏振度=（IMAX-IMIN）/（IMAX+IMIN）
 4．圆偏振光
      电矢量端点轨迹的投影为圆。

       每一时刻的电矢量可以分解为振幅相等、位相差为π/2、相互垂直的振动。 
         迎着光的传播方向观察。

        用偏振片检验，圆偏光相同。
  5．椭圆偏振光
       电矢量端点轨迹的投影为椭圆。每一时刻的电矢量可分解为

         
         椭圆长轴或短轴余坐标轴的夹角

自然光

　　1．普通光源中各个分子或原子内部运动状态的变化是随机的，发光过程又是间歇的，他们发出的光是彼此独立的，从统计规律上来说，相应的光振动将在垂直于光速的平面上遍布所有可能的方向，而且所有可能的方向上相应光矢量的振幅（光强度）都是相等的。我们把“在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量呈对称分布”的光就称为自然光。
　　2．任何取向的一个光矢量都可分解为两个相互垂直方向上的分量。
　　3．由于自然光的对称性，所有取向的光矢量在这两个方向上的分量的时间平均值彼此相等。因此自然光可分解为两个任意垂直方向上的、振幅相等的独立分振动，它们的相位之间没有固定的关系，不能把它们叠加成一个具有某一方向的合矢量，两者的光强度各等于自然光总光强度的一半。
　　4．自然光的表示方法如下图所示。图中用短线和点子分别表示在纸面内和垂直于纸面的光振动。

线偏振光

　　1．光矢量只沿某一固定方向振动的光为线偏振光（演示）。偏振光的振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。线偏振光也可称为完全偏振光或平面偏振光，有时也简称偏振光。光的偏振的特性，说明了光不仅是一种波，而且是横波。

2．线偏振光也可以用传播方向相同、相位相同或相差、振动相互垂直的两列光波的叠加描述。

部分偏振光

1．部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量都有，但振幅不对称，在某一方向振动较强，而与它垂直的方向上振动较弱。（见部分偏振光一）
　　2．部分偏振光的光矢量可分解为两个振幅不等、振动相互垂直的独立分振动。（见部分偏振光二）

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