在涉及到橫波傳播的科學領域，例如光學、地震學、無線電學、微波學等等，偏振是很重要的參數。激光、光纖通信、無線通信、雷達等等應用科技，都需要完善處理偏振問題。

那麼誰是第一個發現光偏振現象的人呢？ 大家早已忘記，我們來認識一下吧。

他是丹麥科學家拉斯穆·巴多林，他于1669年發現了光束通過冰洲石時會出現雙折射現象，假設照射光束于冰洲石，則這光束會被折射為兩道光束，一道光束遵守普通的折射定律，稱為“尋常光”，另外一道光束不遵守普通的折射定律，稱為“非常光”。

巴多林無法解釋這現象的物理機制。後來，克裡斯蒂安·惠更斯注意到這奇特現象，他在1690年著作《光論》的後半部裡，對這現象有很詳細的論述。

不單是玻璃，任何透明的固體或液體都會産生這種現象。他又從實驗結果推論出馬呂斯定律，定量地給出偏振光通過檢偏器後的輻照度，考慮到偏振方向與檢偏器傳輸軸方向之間的夾角角度。這實驗極具創意，又得到了很豐碩的重要成果，馬呂斯因此榮獲1810年的物理獎。馬呂斯對于偏振現象做出諸多貢獻，後人尊稱他為“偏振之父”。

後來，奧古斯丁·菲涅耳與弗朗索瓦·阿拉戈合作研究偏振對于楊氏幹涉實驗的影響，他們認為光波是縱波，呈縱向震蕩，但是這縱波的概念無法合理的解釋實驗結果。阿拉戈告訴托馬斯·楊這問題，托馬斯·楊大膽建議，假若光波是橫波，呈橫向震蕩，則光波可以分解為兩個相互垂直的分量，或許這樣做可以對實驗結果給出解釋。果真，這建議清除了很多疑點。【這個其實在上一章有提到過。】

1817年，菲涅耳與阿拉戈将實驗結果定性總結為菲涅耳-阿拉戈定律，表述處于不同偏振态的光束彼此之間的幹涉性質。之後，菲涅耳試圖進一步定量表述這實驗，他發展出的波動理論是一種振幅表述，主要是用光波的振幅與相位來作分析；振幅表述能夠定量地解釋偏振光的物理性質；但非偏振光或部分偏振光不具有穩定的振幅與相位，無法用振幅表述給予解釋。

【圖中E是電場，B是磁場，K的方向為光的傳播方向。】

大家要清楚的知道，這個時候偉大的電磁學集大成者麥克斯韋還沒有出生呢。所以菲涅爾的理論并沒有探觸到光的本質，也不會認識到光是電磁波。他是從現象開始着手研究的，需要非常好的想象力。

1852年，喬治·斯托克斯提出一種強度表述，能夠描述偏振光、非偏振光與部分偏振光的物理行為；隻需要使用四個參數，後來稱為斯托克斯參數就可以描述任何光束的偏振态，更重要地，這四個參數可以直接測量獲得。

那時，電磁學理論雜亂無章，詹姆斯·麥克斯韋将這些理論加以整合，于1865年提出麥克斯韋方程組。從這方程組，他推導出電磁波方程，推論出光波是一種電磁波，可以用麥克斯韋方程組作精确描述。

菲涅耳的波動理論是建立于一些貌似合理的假定，由于能夠正确描述光波的一些物理行為，例如，傳播、衍射、偏振等等，符合實驗得到的結果，所以才被學術界接受。

從麥克斯韋方程組可以嚴格地推導出菲涅耳的波動理論，給予這理論堅實穩固的基礎。

大多數光源屬于非偏振光源，例如，太陽、白熾燈等等，因為它們所發射出的光波是由一組不同空間特征、頻率（波長）、相位、偏振的光波随機混合所組成。

為了了解光波的偏振性質，最簡單的方法就是先隻思考單色平面波，這種波是具有特定傳播方向、頻率、相位、振蕩方向的正弦波。從研究平面波光學系統的性質與行為，可以對于一般案例給出預測，這是因為任何特定空間結構的光波都可以分解為一組不同頻率、不同振幅的平面波，稱為其角譜。

日常可見光的大多數光源，包括黑體輻射、螢光，太陽光等，會發射出不相幹光波。在這些光源物質裡，處于激發态的原子或分子會獨立、毫無關聯地發射出這些随機偏振的電磁輻射波列。每個波列持續大約10-8秒，所以，光波的偏振隻能保持不變不超過10-8秒。這種光波稱為“非偏振光”。

這術語所傳達出的意思并不精準，因為在任意時刻、任意位置，電場與磁場的方向都很明确，這術語所要傳達出的意思為，偏振随時間流易而改變的速度非常快，它不是無法被測量到，就是與實驗結果無關。最通俗的理解是偏振是普遍存在的。

偏振光在通過消偏器之後，由于透射光的偏振随時間流易而改變的速率非常快，實際而言，可以忽略透射光在任意時刻的偏振，因此将透射光歸類為“非偏振光”。

上面有提到聲波沒有偏振現象，現在問大家，為什麼沒有？像聲波一類的縱波，振蕩方向按照定義是沿着傳播方向，所以，偏振這論題通常不會被提出。

但另一方面來說，在大塊固體傳播的聲波也可能是橫波，也可能是縱波，總共有三個偏振分量。對于這案例，橫偏振伴随剪應力的方向，位移方向垂直于傳播方向；縱偏振描述固體的壓縮與振蕩沿着傳播方向。在地震學裡，橫偏振與縱偏振之間的傳播差别是很重要的參數。

因為本章的内容，比較抽象，需要很好的想象，不知道大家理解了沒有？ 最後再給大家做一個通俗的解釋。

可以這樣說，隻要是橫波，就存在偏振。為什麼呢？振動方向對于傳播方向的不對稱性叫做偏振。這也是橫波區别于其他縱波的一個最明顯的标志，隻有橫波才有偏振現象。

而光波是電磁波，因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動矢量E和磁振動矢量H都與傳播速度v垂直，因此光波是橫波，它具有偏振性。具有偏振性的光則稱為偏振光。

很多迷糊應該會是迷糊為什麼自然光不是偏振光。通常，光源發出的光波，其光波矢量的振動在垂直于光的傳播方向上作無規則取向，但統計平均來說，在空間所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是機會均等的，它們的總和與光的傳播方向是對稱的，即光矢量具有軸對稱性、均勻分布、各方向振動的振幅相同，這種光就稱為自然光。

但自然光肯定也是電磁波，是橫波，所以是具有偏振的。為什麼沒有把它稱為偏振光，主要觀點就是上面從統計角度所說的原因，還有一個原因上面也提到了。就是日常的大多數光源，包括黑體輻射、螢光，太陽光等，會發射出不相幹光波。在這些光源物質裡，處于激發态的原子或分子會獨立、毫無關聯地發射出這些随機偏振的電磁輻射波列。每個波列持續大約10-8秒，所以，光波的偏振隻能保持不變不超過10-8秒。對于人類來說，這是非常非常短暫的。所以這種光波稱為“非偏振光”。

這個現象我們在講光的幹涉，光的衍射的時候，就講了。這樣講大家應該就可以理解了。

摘自獨立學者，詩人，作家，國學起名師靈遁者量子力學書籍《見微知著》

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