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科學百科75期:什麼是偏振光?

由高校科幻發表于垂釣
2021-05-07

振動平面晶體偏振光阿西莫夫

簡介因此，光波會發現，當它的振動平面恰巧能塞進兩個原子平面之間時，它就很容易透過這塊晶體

偏振光眼鏡可以長期戴嗎

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本期為大家帶來：

《你知道嗎——現代科學中的100個問題》

本書是阿西莫夫的優秀作品之一。

作者以通俗的語言，

深入淺出地解釋了現代科學中的一百個尖端課題。

其中，有些是瞭解現代科學技術所必須具備的基礎知識，如科學的研究方法、二進位制數、相對論、亞原子粒子、核聚變、熵、晶體、病毒等。有些則是當代科學技術的前沿陣地，如黑洞、統一場論、夸克、快子、金屬氫等。

作者對這些問題的來龍去脈，它們目前處在什麼樣的狀態、有沒有希望得到解決等問題均作了回答。

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第七十五個問題

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什麼是偏振光？

光可以看作是由一些微小的波構成的。這些波可以在任何一個平面上振動。在一個特定的光束中，有些波可以上下振動，有些波左右振動，有些波則沿對角方向振動。它們的振動方向可能均勻地分佈在所有各個方向上，沒有一個振動平面佔優勢或者在光波中比其他平面佔有更大的份額——普通的太陽光或電燈泡的光都是這樣。

可是，現在讓我們設想光穿過一塊透明的晶體。晶體是由排成規整的行列和平面的原子或原子團構成的。因此，光波會發現，當它的振動平面恰巧能塞進兩個原子平面之間時，它就很容易透過這塊晶體。要是它的振動平面與原子的平面成一個角度，它就會撞在原子上，因此，光波就要消耗很多能量方能繼續振動下去。這樣的光會區域性或全部被吸收掉。

你可以用下面的辦法想到這是一種什麼景象：試想像你把一根繩子的一頭拴在鄰居院子裡的樹上，另一頭拿在你手裡。再假定繩子是從籬笆的兩根竹子的正當中穿過去的。好了，如果你現在拿繩子上下波動，這些波就會從兩根竹子之間透過，並從你的手傳到那棵樹上。這時，那座籬笆對你的波來說是“透明的”。但是，要是你讓繩子左右波動，繩子就會撞在兩根竹子上，波就不會透過籬笆了。

有些晶體能夠強迫光波把所有能量分成兩束分離的光線。這時振動平面就不再均勻分佈了。在其中的一個光束中，所有的波都在一個特定的平面上振動；而在另一個光束中，所有的波都在與第一束光的平面成直角的平面上振動：不可能出現任何對角方向的振動。

當光波被迫在某一特定的平面上振動時，我們就說這樣的光是“面偏振光”，或簡單地稱它為“偏振光”。而朝著所有各個方向振動的普通光都是“非偏振光”。西方國家把偏振光稱為“極化光”。

為什麼叫做“極化光”呢？當這種現象在1908年第一次定名時，那個發明這個名稱的法國工程師馬呂斯關於光的本性有一個錯誤的理論。他認為，光是由一些像磁鐵那樣有南北極的粒子組成的。他想，那種從晶體中穿過的光，可能是南北極的方向全部相同。這種想法後來被證明是錯的，但那個名稱卻已被人們牢牢地記住，無法再改變了。

當一塊晶體產生偏振平面各不相同的兩束光時，這兩束光具有稍稍不同的性質。它們在透過晶體時所受到的偏折的大小可能不一樣。因此，我們可以想法設計出一塊晶體，讓它把一束光完全反射掉，而只讓另一束光全部透過它。

在利用某些晶體時只有一束光能透過，是因為另一束光被吸收掉而轉化為熱。偏振眼鏡片（它是在塑膠中嵌入許多細小的這類晶體）就是以上述方式吸收掉許多光，由於這種鏡片著色，吸收掉的光就更多了。這種鏡片就是這樣消除眩目的強光的。

當偏振光透過含有某種不對稱分子的溶液時，它的振動平面會被扭轉一個角度。化學家根據這種扭轉的方向和角度的大小，就能夠對這種分子的真實結構做出許多推斷，特別是對於有機化合物的分子更是如此。正因為這樣，偏振光對於化學理論來說，一直是極其重要的。

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