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光的偏振
（作者未知） 2009/5/25
1669年的一天，丹麥科學(xué)家巴塞林那斯無意當(dāng)中將一塊很大的冰洲石放在書上，當(dāng)他透過冰洲石看書時(shí)，發(fā)現(xiàn)石頭下的每個(gè)字都變成了兩個(gè)。這是一種非常奇特的現(xiàn)象，但是巴塞林那斯對(duì)它進(jìn)行一番研究后卻無法做出解釋，于是，他把這種現(xiàn)象記錄下來，以便以后有人能繼續(xù)研究。
十年之后，荷蘭的物理學(xué)家惠更斯看到了這一記載。他對(duì)這一現(xiàn)象也很感興趣，并立即開始研究�；莞拱l(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于一束光射入冰洲石后分為兩束光所致的。惠更斯還發(fā)現(xiàn)，這兩束光的一束遵從折射定律，稱它為尋常光以O(shè)表示；而另外一束不遵從折射定律，稱其為非常光以e表示�；莞惯�進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，如果冰洲石越厚，兩束光分得越開。他把這種光通過晶體后一分為二的現(xiàn)象稱為光的雙折射。
在惠更斯之后的一百多年間，似乎沒有誰還對(duì)冰洲石的雙折射現(xiàn)象感興趣。但是到了1808年，法國工程師馬呂斯的一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，又再次喚起了人們對(duì)冰洲石的重新研究。
一天傍晚，馬呂斯在自己家里無意當(dāng)中通過一塊冰洲石觀看落日從巴黎盧森堡宮的玻璃窗所反射的像。開始他看到了兩個(gè)像，這是意料當(dāng)中的事情，但是當(dāng)他把冰洲石轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，兩個(gè)像變了一個(gè)。這可是個(gè)新現(xiàn)象，馬呂斯為自己的這一發(fā)現(xiàn)激動(dòng)不已。當(dāng)天晚上，馬呂斯立即利用其它光源做實(shí)驗(yàn)，他發(fā)現(xiàn)經(jīng)玻璃或者水面反射的光通過轉(zhuǎn)動(dòng)的冰洲石時(shí)都有這種現(xiàn)象，他還發(fā)現(xiàn)當(dāng)透過冰洲石的燭光以36°角投射到水面時(shí)，一個(gè)燭像就消失了，而在其它角度時(shí)，兩個(gè)像都出現(xiàn)。但兩個(gè)像的亮度一般是不同的，并且隨著冰洲石的轉(zhuǎn)動(dòng)，兩個(gè)像也明亮交替變化。馬呂斯把這種光強(qiáng)度隨方向變化的現(xiàn)象稱為光的偏振化，而這種光叫偏振光。
兩年后的1810年，馬呂斯的發(fā)現(xiàn)傳到正在復(fù)興光的波動(dòng)說的楊氏、菲涅耳等科學(xué)家那里。當(dāng)時(shí)，楊氏他們都認(rèn)為光是一種縱波，而且用縱波解釋了許多光學(xué)現(xiàn)象。但當(dāng)他們?cè)噲D用縱波解釋馬呂斯的發(fā)現(xiàn)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)用縱波構(gòu)成的光的波動(dòng)說無法容納這一光學(xué)新現(xiàn)象。而與此同時(shí)，信奉光的微粒說的馬呂斯本人卻用微粒說對(duì)他的發(fā)現(xiàn)做出令人信服的解釋。這無疑是對(duì)剛剛復(fù)興的波動(dòng)說的一個(gè)嚴(yán)峻考驗(yàn)，但是楊氏和菲涅耳等沒有隱匿困難，而是百折不回地進(jìn)行研究。6年之后，楊氏終于發(fā)現(xiàn)如果假定光是橫波，就能以光的波動(dòng)說對(duì)馬呂斯的發(fā)現(xiàn)做出當(dāng)時(shí)最圓滿的解釋。
那么什么是縱波和橫波？這是波動(dòng)的兩種方式，我們平常并不少見。當(dāng)聲音傳開時(shí)，沿著聲波傳播的方向，空氣分子的密度分布發(fā)生疏密變化，這就是縱波；如果把一根繩索的一端固定，而用手不斷上下抖動(dòng)另一端，就會(huì)看到一個(gè)接一個(gè)的波形沿著繩索傳播過去，這就是橫波。
縱波和橫波的主要區(qū)別是縱波的振動(dòng)方向和波的傳播方向一致，而橫波的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直。仔細(xì)觀察這兩種波動(dòng)還會(huì)發(fā)現(xiàn)，橫波的振動(dòng)是偏在某一平面內(nèi)，所以只有橫波才可能是偏振的。而沿著縱波的傳播方向去看，它的振動(dòng)方向只是一個(gè)點(diǎn)，所以縱波沒有偏振的意義。
楊氏認(rèn)為如果光是橫波，那么它就可能有兩種互相垂直的振動(dòng)方式。光透過冰洲石時(shí)由于振動(dòng)方式的不同而分為兩束，這兩束光以36”角投射到玻璃或者水面時(shí)，一種振動(dòng)方式的光全部成為透射光，而另一種則成為反射光，當(dāng)然就只能看到一個(gè)像。而在其它人射角時(shí)，兩種振動(dòng)方式的光都有透射和反射，所以會(huì)看到兩個(gè)像。由于兩束光的透射和反射都與角度有關(guān)，所以當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)冰洲石時(shí)，兩個(gè)像的亮度也隨之交替變化。
經(jīng)過楊氏、菲涅耳等科學(xué)家的研究和發(fā)展，光是橫波開始得到科學(xué)界的廣泛承認(rèn)。但是我們平常所看到的光源如太陽。電燈、燭光為什么不顯示出偏振性呢？當(dāng)然這不是楊氏那個(gè)時(shí)代的科學(xué)家所能解決的問題，但我們今天對(duì)它就非常清楚。任何普通的光源都是由大量的原子、分子組成的，它們發(fā)出的光就是這些原子、分子發(fā)光的總和。由于單個(gè)原子或分子瞬間發(fā)出的一列光波是偏振的，即它的振動(dòng)偏在一定的方向，但原子、分子的發(fā)光是間歇性的，在下一瞬間發(fā)射的另一列光波，就不在這個(gè)方向偏振了。因此，就單個(gè)原子、分子的發(fā)光來說，它在各個(gè)瞬間所發(fā)光波的振動(dòng)方向時(shí)刻變化著。而光源中的大量原子、分子發(fā)光時(shí)，又是互不相關(guān)各行其事，因此從總體上來說，普通光源發(fā)出的光的振動(dòng)在空間的各個(gè)方向上均勻分布，因而不顯示出偏振性。
既然光是橫波，那就應(yīng)有實(shí)驗(yàn)證明。早在1928年，一位年輕的大學(xué)一年級(jí)學(xué)生埃德溫•蘭德就成功地從普通光中分離出在任一方向振動(dòng)的偏振光。蘭德把一種叫做赫拉帕賽的晶粒嵌在塑料薄膜里，然后把薄膜沿一個(gè)方向拉伸，于是針狀的赫拉帕賽晶粒就隨著塑料分子的拉長而整體排列起來。當(dāng)用普遍光源發(fā)出的光照射這種塑料薄膜時(shí)，只有振動(dòng)方向與晶粒排列方向相同的光才能通過，當(dāng)然通過的光便是偏振光，后來人們就稱這類能產(chǎn)生偏振光的人工材料為偏振片。
蘭德制做的偏振片不但再次證實(shí)光是橫波，而且（未完，下一頁）
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