首页 -> 2007年第11期
对偏振光定义的一点看法
作者：石凤良 刘一山 姚久民
1. 通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，这种光叫做偏振光。2. 在与光波传播方向垂直的平面内，光振动的方向可以沿任意方向。光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光。光振动沿着特定方向的光就是偏振光。3.光的偏振现象并不罕见。除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光。4.自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。
由于普通光源（激光除外）中有大量的原子或分子在发光，但各个原子或分子发出的光波的光振动方向彼此无关且随机分布，导致整个光源发出的光的光矢量为图1所示，即在垂直于传播方向的平面上，光矢量既具有空间分布的均匀性（各个方向光振动的振幅都相同），又具有时间分布的均匀性，我们称其为自然光或非偏振光，有时也称其为完全非偏振光；而图2所示为光振动只沿着某一特定方向的光，显然该光振动不具有空间分布的均匀性（特定方向的光振动的振幅最大，而其他方向的振幅均为0）及时间分布的均匀性，而且是极端的不均匀分布，这样的光正好与自然光形成鲜明的对比。一个是高度的不均匀分布，一个是高度的均匀分布，分别走向了两个极端。通常形象地称图2所示的光为线偏振光或完全偏振光，在不至于引起误解的情况下，有时也将其简称为偏振光；既然自然光（非偏振光、完全非偏振光）和线偏振光（完全偏振光、偏振光）是两个极端情况，必然会有光矢量如图3分布的光。即在垂直于传播方向的平面上，各个方向都有光振动矢量，但不同方向的振幅不再相等，而是某个振动方向的光振动比其他方向都占优势；而与该方向垂直的方向，光振动比其他方向都处于劣势，称这样的光为部分偏振光。
有了以上讨论，就可以对摘录的有关内容进行如下改进。
第1句最好改为：通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，这种光叫做完全偏振光，有时亦简称为偏振光。
第2句最好改为：在与光波传播方向垂直的平面内，光振动的方向可以沿任意方向。光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光，亦称为完全非偏振光。光振动沿着特定方向的光就是完全偏振光，有时亦简称为偏振光。
或许您认为改进后的第1句、第2句与教材原来的内容并无本质区别，因为教材已经将完全偏振光简称为偏振光。但是，如果这样的话，摘录的第3句、第4句就又出现了问题。实际上，产生完全偏振光总需要一定的条件，我们平常最容易看到的蔚蓝色天空散射的光、建筑物反射的光、俯首仰头看到的“湖光”“山色”等等绝大部分是部分偏振光，完全偏振光所占比例实际非常低。即图1所示的自然光经过散射、反射后很容易变成图3所示的部分偏振光，要看到完全偏振光则需要选择特殊的观察方位。所以如果坚持1、2句不修改，第3句就必须改为：光的偏振现象并不罕见。除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光外，我们通常看到的绝大部分光，都是部分偏振光。
而第4句则无论如何都需要修改，本文建议两种修改方法。第一种修改方法是：自然光射到两种介质的界面上，反射光和折射光一般都是部分偏振的，并且二者的光矢量振动占优势的方向（即图3中椭圆的长轴方向）互相垂直。由于反射光在特殊情况下（反射光与折射光之间的夹角恰好是90°时）可以成为完全偏振光，而折射光则始终为部分偏振光，必须经过多次折射才越来越逼近完全偏振光。第二种修改方法是：自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这是，反射光是完全偏振光而折射光是部分偏振光，并且反射光的偏振方向与折射光的光矢量振动占最优势的方向（长轴方向）互相垂直，也即反射光的偏振方向与折射光的光矢量振动为最劣势的方向（短轴方向）互相平行。
总之，尽管中学生不可能、也没有太多的必要完全弄清楚偏振光的产生机理，因为这将涉及到著名的菲涅耳公式。但我们以为搞清楚几个有关的概念还是必要的，期待对物理教材作适当的改进。另外，教师在授课时可以对完全偏振光的概念提高一步，完全偏振光不仅包括光矢量振动如图2所示的光。如果光矢量在沿着光的传播方向前进的同时做某种特定的周期性转动，那么这种光也是一种完全偏振光。还可以告诉同学们蜜蜂就是通过偏振光为自己的飞行导航的。
（责任编辑孙晓雯）