光的偏振

偏振描述了光振荡电场的方向，是其横波性质的结果，具有广泛的实际应用。

Definition

横向电磁波的一种性质，它规定了其电场矢量的方向和旋转，范围从线偏振到椭圆偏振再到圆偏振态。

Scope

该领域涉及光的矢量性质：其电场振荡的方向。它涵盖了偏振的线偏振、圆偏振和椭圆偏振态，以及通过琼斯和斯托克斯-穆勒形式主义对其进行的数学描述；通过偏振器和波片产生和分析偏振光；偏振光与各向异性（双折射）和旋光介质的相互作用；以及由菲涅尔方程描述的反射和折射伴随的偏振变化。它解释了依赖于场方向的光学现象，并构成了广泛设备和测量的基础。

Sub-topics

• 双折射与晶体光学
• 偏振片和波片
• 反射与菲涅尔方程
• 偏振态

Core questions

• 光是线偏振、圆偏振或椭圆偏振意味着什么？
• 偏振光是如何产生、转换和分析的？
• 各向异性介质如何改变光的偏振？
• 反射如何改变光的偏振？

Key concepts

• 线偏振
• 圆偏振
• 椭圆偏振
• 琼斯矢量
• 斯托克斯参数
• 双折射
• 布儒斯特角
• 旋光性

Key theories

偏振态与琼斯微积分

完全偏振光的横向电场由一个二分量琼斯矢量描述，光学元件充当琼斯矩阵，提供了一种紧凑的代数方法来预测偏振如何转换。

斯托克斯-穆勒对部分偏振的描述

部分偏振光和非偏振光由四个可测量的斯托克斯参数描述，光学元件由穆勒矩阵表示，将偏振分析扩展到非相干和去偏振情况。

菲涅尔反射方程

反射波和透射波的振幅通过菲涅尔方程取决于偏振和入射角，预测了诸如布儒斯特角等效应，在该角度下反射光完全偏振。

Clinical relevance

偏振在偏振光显微镜中用于识别双折射晶体，例如痛风中的尿酸盐；在旋光仪中用于测量葡萄糖和其他旋光溶质；以及在液晶显示器和组织偏振敏感光学相干断层扫描中得到应用。

History

马吕斯于1808年发现了光的反射偏振现象，布儒斯特确定了反射光完全偏振的角度。菲涅尔在19世纪20年代的横波理论解释了偏振和双折射，而斯托克斯于1852年引入了他的参数来描述部分偏振光。

Key figures

• Étienne-Louis Malus
• Augustin-Jean Fresnel
• David Brewster
• George Gabriel Stokes

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

为什么偏光太阳镜可以减少眩光？

从水面或路面等水平表面反射的光是部分水平偏振的；具有垂直透射轴的太阳镜可以阻挡大部分偏振眩光，同时让其他光通过。

来自太阳或灯泡的普通光是否偏振？

不；热源发出的光具有快速变化、随机定向的场方向，因此光是非偏振的，直到它以选择特定方向的方式被过滤、反射或散射。