Question

自然光和偏光

Answer 1

一、自然光、偏光

光是一种横波，它的振动方向与传播方向是互相垂直的。根据光波振动的特点，把光分为自然光和偏光。

1.自然光（Light）

自然光是指直接由光源发出的光，如太阳光、灯光等。自然光的光波振动方向在垂直于光波传播方向的平面内，做任何方向等振幅的振动（图1-5A）。

图1-5 自然光（A）和偏振光（B）的振动方向特点示意图

2.偏光（Polarizing light）

自然光经过反射、折射、双折射或选择性吸收等作用后，可以转变为只在一个方向上振动的光波，称为平面偏振光或偏光（图1-5B，图1-6）。偏光振动方向与传播方向所构成的平面称为振动面。自然光转变为偏光的作用称为偏光化作用（图1-6）。

图1-6 自然光（A）通过偏光片（B）变成了偏光（C）

晶体光学研究中主要是应用偏光，研究使用的仪器主要是偏光显微镜。被限制在一个平面上振动的光束也可称为平面偏光，偏光显微镜的设计就是建立在这个概念基础上的，它装有把自然光变为偏振光装置的下偏光镜（称起偏器），它主要是利用双折射（尼科尔棱镜）或选择性吸收（偏光片）产生的偏振光。

二、获取平面偏光常见的两种方法

在垂直光波传播方向的平面内，光振动限于某一固定方向，则这种光称为“线偏振光”或“平面偏振光”。获取平面偏光的常见方法有：尼科尔棱镜法、偏振片（偏光片）法。

1.尼科尔棱镜法

该方法是由英国物理学家尼科尔（William Nicol，1768～1851）于1828年发明的，是将长度约为宽度3倍的透明的冰洲石晶体沿对角线方向锯开后磨光，再用加拿大树胶粘合制成。自然光从镜的一端射入后，分成振动方向互相垂直的两束偏光，即常光（N_o）和非常光（N_e）（其中常光N_o=1.658），被加拿大树胶（N=1.54）的表面全反射（全反射后偏向一边，被涂黑的侧面吸收），非常光（N_e=1.486）仍沿原方向从镜内射出，是平面偏光，见图1-7。

图1-7 尼科尔棱镜

优点：获得偏光较纯净。

缺点：冰洲石较易受振动，而产生裂纹，引起光的反射、折射或受温差变化而脱胶。

2.偏振片（偏光片）法

偏振片是一种使自然光变为“线偏振光”的人造透明薄片。一般用具有网状分子结构的高分子化合物——聚乙烯醇薄膜作为片基，将这种薄膜浸染在碘溶液中，经硼酸水溶液还原稳定后，再将其单向拉伸4～5倍以上而制成。拉伸后聚乙烯醇薄膜的分子便由网状结构变为线性结构，碘分子被吸附在单向排列的聚乙烯醇分子上，而使光只能沿平行线状结构的方向通过而具有起偏或检偏性能，这种偏振片称为H—偏振片。

优点：人造偏振片工艺简单，可以大面积拉伸，偏振度高达99.5%，又适用整个可见光范围，装置仪器简便，价格较便宜。

缺点：不能受潮，容易老化，发生脱偏光化现象。