對偏振光定義的一點看法

全日制普通高級中學教科書（必修加選修）物理第三冊2003年6月第1版第34頁對光的偏振進行了介紹。盡管該內容是面向中學生，不可能做很詳細、嚴密的討論，但我們仍然認為，這部分內容的概念不是很清晰，有些含糊、甚至前后矛盾。在此，想談談自己的一些看法。為便于大家查閱，現將該教科書中的有關內容分成4句話進行摘錄。

1. 通過偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動，這種光叫做偏振光。2. 在與光波傳播方向垂直的平面內，光振動的方向可以沿任意方向。光振動沿各個方向均勻分布的光就是自然光。光振動沿著特定方向的光就是偏振光。3.光的偏振現象并不罕見。除了從光源（如太陽、電燈等）直接發出的光外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是偏振光。4.自然光射到兩種介質的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這時，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直。

由于普通光源（激光除外）中有大量的原子或分子在發光，但各個原子或分子發出的光波的光振動方向彼此無關且隨機分布，導致整個光源發出的光的光矢量為圖1所示，即在垂直于傳播方向的平面上，光矢量既具有空間分布的均勻性（各個方向光振動的振幅都相同），又具有時間分布的均勻性，我們稱其為自然光或非偏振光，有時也稱其為完全非偏振光；而圖2所示為光振動只沿著某一特定方向的光，顯然該光振動不具有空間分布的均勻性（特定方向的光振動的振幅最大，而其他方向的振幅均為0）及時間分布的均勻性，而且是極端的不均勻分布，這樣的光正好與自然光形成鮮明的對比。一個是高度的不均勻分布，一個是高度的均勻分布，分別走向了兩個極端。通常形象地稱圖2所示的光為線偏振光或完全偏振光，在不至于引起誤解的情況下，有時也將其簡稱為偏振光；既然自然光（非偏振光、完全非偏振光）和線偏振光（完全偏振光、偏振光）是兩個極端情況，必然會有光矢量如圖3分布的光。即在垂直于傳播方向的平面上，各個方向都有光振動矢量，但不同方向的振幅不再相等，而是某個振動方向的光振動比其他方向都占優勢；而與該方向垂直的方向，光振動比其他方向都處于劣勢，稱這樣的光為部分偏振光。

有了以上討論，就可以對摘錄的有關內容進行如下改進。

第1句最好改為：通過偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動，這種光叫做完全偏振光，有時亦簡稱為偏振光。

第2句最好改為：在與光波傳播方向垂直的平面內，光振動的方向可以沿任意方向。光振動沿各個方向均勻分布的光就是自然光，亦稱為完全非偏振光。光振動沿著特定方向的光就是完全偏振光，有時亦簡稱為偏振光。

或許您認為改進后的第1句、第2句與教材原來的內容并無本質區別，因為教材已經將完全偏振光簡稱為偏振光。但是，如果這樣的話，摘錄的第3句、第4句就又出現了問題。實際上，產生完全偏振光總需要一定的條件，我們平常最容易看到的蔚藍色天空散射的光、建筑物反射的光、俯首仰頭看到的“湖光”“山色”等等絕大部分是部分偏振光，完全偏振光所占比例實際非常低。即圖1所示的自然光經過散射、反射后很容易變成圖3所示的部分偏振光，要看到完全偏振光則需要選擇特殊的觀察方位。所以如果堅持1、2句不修改，第3句就必須改為：光的偏振現象并不罕見。除了從光源（如太陽、電燈等）直接發出的光外，我們通?？吹降慕^大部分光，都是部分偏振光。

而第4句則無論如何都需要修改，本文建議兩種修改方法。第一種修改方法是：自然光射到兩種介質的界面上，反射光和折射光一般都是部分偏振的，并且二者的光矢量振動占優勢的方向（即圖3中橢圓的長軸方向）互相垂直。由于反射光在特殊情況下（反射光與折射光之間的夾角恰好是90°時）可以成為完全偏振光，而折射光則始終為部分偏振光，必須經過多次折射才越來越逼近完全偏振光。第二種修改方法是：自然光射到兩種介質的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是90°，這是，反射光是完全偏振光而折射光是部分偏振光，并且反射光的偏振方向與折射光的光矢量振動占最優勢的方向（長軸方向）互相垂直，也即反射光的偏振方向與折射光的光矢量振動為最劣勢的方向（短軸方向）互相平行。

總之，盡管中學生不可能、也沒有太多的必要完全弄清楚偏振光的產生機理，因為這將涉及到著名的菲涅耳公式。但我們以為搞清楚幾個有關的概念還是必要的，期待對物理教材作適當的改進。另外，教師在授課時可以對完全偏振光的概念提高一步，完全偏振光不僅包括光矢量振動如圖2所示的光。如果光矢量在沿著光的傳播方向前進的同時做某種特定的周期性轉動，那么這種光也是一種完全偏振光。還可以告訴同學們蜜蜂就是通過偏振光為自己的飛行導航的。

（責任編輯孫曉雯）