椭圆偏振光和自然光:第十五章,自然光部分偏振光

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自然光

太阳光、灯光等普通光源直接发出的光,是由大量原子发出的许许多多光列混合在一起形成的,这些光列的光矢量方向,在垂直于光波传播方向的所有方向上随机分布,各方向分布机会均等。

迎着光线看,同时进入人眼的不是单个光列,而是包含大量光列的一束光,是无数线性偏振光的无规集合,光束中的各个光矢量轴对称分布,所以不显示出偏振性,这样的光称为自然光。

直接观察自然光时,发现光强不偏于任何一个方向,沿着各个方向振动的光波强度都相同。

自然光

如下图所示,迎着z方向(即光的传播方向)看,对任意的xy坐标系,可以将任一光矢量E,分解到x轴、y轴,一个光矢量一分为二,分成两个分量。

光矢量E的分解

对自然光中所有的光矢量,如法炮制,都可以分解到x轴、y轴,这些分量彼此间没有固定的相位关系,可以非相干叠加,形成总的两个光矢量,如下图所示。由于自然光中大量线偏振光轴对称分布,分解形成的这两个光矢量大小相等。

自然光的分解

即一束自然光,可以任意分解为,振动方向相互垂直的两个线偏振光,这两个线偏振光振幅相等,也即光的强度相等,都是自然光强度的一半,并且彼此间没有固定的相位关系。自然光表示如下

自然光表示方法

部分偏振光

如上所说的分解形成的两个线偏振光,如果一个振幅大,一个振幅小,这种光称为部分偏振光。

部分偏振光

故,部分偏振光是偏振状态介于自然光和线偏振光之间的光。也就是说,部分偏振光的光强,在垂直传播方向的平面内,不是轴对称分布的,在某一方向上光强最强,在其垂直方向上光强最弱(弱但不是零,如果是零,则部分偏振光退化为线偏振光)。

部分偏振光

部分偏振光的表示方法如下:

部分偏振光表示方法

上边的表示部分偏振光长轴(强光)与纸面平行,短轴(弱光)与纸面垂直;下边的表示短轴与纸面平行,长轴与纸面垂直。

自然界中,反射光大多是部分偏振光,典型的如月光、水面反射的光等。

月光是部分偏振光

水面反射光是部分偏振光

至此,我们知道了什么是线偏振光、自然光和部分偏振光。接下来,将介绍什么是偏振片、如何获得线偏振光、怎样检测线偏振光等内容。

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