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摘 要

偏振光是光学实验中常用的测量和观察用光源。按其偏振性质不同，可分为平面偏振光（线偏振光、完全偏振光)、圆偏振光和椭圆偏振光、非偏振光（自然光和部分偏振光)。本文对实验室产生各种偏振光的方法进行了分析和总结，得出产生和使用偏振光的一般性方法，比较了它们的各自特点和应用领域。

关键词：偏振光，线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光

Abstract: Polarized light is commonly used in optical experimental measurement and observation as souces. According to the polarization properties, they can be divided into plane polarized light (linear polarized light, completely polarized light), circular polarized light, elliptically polarized light and un-polarized light (natural light and partially polarized light). In this paper, how to produce every kinds of polarized light in laboratory are analyzed and summarized, and the general methods of producing polarized light and the use of polarized light are stated. In additon, the characteristics and applicating fields of all kinds of polarized light are compared.

Keywords：polarized light, linear polarized light, circular polarized light, elliptically polarized light

目 录

1 引言 4

2 偏振光的分类 4

2.1 自然光 4

2.2 圆偏振光和椭圆偏振光 5

2.3 线偏振光 8

2.4 部分偏振光 9

3 线偏振光的产生 10

3.1 由反射和折射产生线偏振光 10

3.2 二向色性晶体 12

3.3 由晶体的双折射产生线偏振光 13

3.4 利用散射产生线偏振光 14

4 椭圆和圆偏振光的产生 14

4.1 利用全反射产生椭圆和圆偏振光 14

4.2 利用起偏器和波片 15

5 部分偏振光的产生 16

5.1 利用反射和折射产生部分偏振光 16

5.2 两束线偏振光混合得到部分偏振光 17

6 偏振光的用途 18

6.1 偏振光在摄影上的应用 18

6.2 偏振光眼镜 19

6.3 偏振光在地物遥感探测上的应用 19

6.4 偏振光显微镜 19

结 论 21

参考文献 22

致 谢 23

1 引言

偏振光（Polarization），光学名词。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^[1]。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，只有横波才有偏振现象。光波是电磁波，因此，光波的传播方向就是电磁波的传播方向。光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。具有偏振性的光则称为偏振光。

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光、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，若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。

2 偏振光的分类

2.1 自然光

极大多数光源发出的光不是偏振光，而是自然光。自然光是许多可以被看做具有一切可能的振动方向光波的总和，各个方向的振动可以同时存在，或者迅速且无规则性地互相替代，但据统计，光的传播方向却是对称的，在与传播方向垂直的平面上，无论哪一个方向的振动都不比其他方向更为明显，如图2.1（a）所示。

无明显振动方向

（a）

自然光的分解

（b）

自然光的表示方法

（c）

图 2.1 自然光

在所有实验中，如果以两个光矢量互相垂直，位相没有关联的线偏振光，而光的强度等于自然光总光强一半这样的两个偏振光来代替自然光，可以得到同样的结果,如图2.2（b）所示。因此，自然光可以用互相垂直的两个光矢量表示，这两个光矢量的振幅相同，但位相关系是不确定的，瞬息万变，我们不可能用这两个光矢量来表示一个稳定的线偏振光或圆偏振光。

2.2 圆偏振光和椭圆偏振光

圆偏振光的光矢量端点轨迹为一圆，即在传播过程中光矢量不断旋转，其大小始终不变，但方向随时间有规律地变化而变化，它的方向绕传播轴均匀地转动，则端点的轨迹就呈现一个圆，如图2.2所示。

椭圆偏振光的光矢量端点的轨迹为一椭圆，即在传播过程作光矢量不断旋转，其大小、方向也随时间有规律的变化而变化。其特点是偏振光光矢量的大小始终不变，光矢量端点沿着一个椭圆轨迹不断转动。

图2.2 圆偏振光 图2.3 振动方向互相垂直的光波的叠加

如图2.3所示，假设光源和光源发出的单色光波的频率相同，但振动方向互相垂直。一个波的振动方向平行于x轴，另一个波的振动方向平行于y轴。现在考察它们在z轴上任一点P处的叠加。两光波在该处产生的光振动可以写为

（2.1）

（2.2）

式中，和分别为两光源到P点的距离，并且为简单起见，假设在和两点振动的初相位为零。根据叠加原理，P点处的合振动为

（2.3）

式中和分别为x方向和y方向的单位矢量。可以看出，合振动的大小和方向一般是随时间变化的，合矢量末端的运动轨迹可由式（2.1）和式（2.2）消去参数t求得。为此，把式（2.1）和式（2.2）写成

（2.4）

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