在涉及到横波传播的科学领域，例如光学、地震学、无线电学、微波学等等，偏振是很重要的参数。激光、光纤通信、无线通信、雷达等等应用科技，都需要完善处理偏振问题。

那么谁是第一个发现光偏振现象的人呢？ 大家早已忘记，我们来认识一下吧。

他是丹麦科学家拉斯穆·巴多林，他于1669年发现了光束通过冰洲石时会出现双折射现象，假设照射光束于冰洲石，则这光束会被折射为两道光束，一道光束遵守普通的折射定律，称为“寻常光”，另外一道光束不遵守普通的折射定律，称为“非常光”。

巴多林无法解释这现象的物理机制。后来，克里斯蒂安·惠更斯注意到这奇特现象，他在1690年著作《光论》的后半部里，对这现象有很详细的论述。

不单是玻璃，任何透明的固体或液体都会产生这种现象。他又从实验结果推论出马吕斯定律，定量地给出偏振光通过检偏器后的辐照度，考虑到偏振方向与检偏器传输轴方向之间的夹角角度。这实验极具创意，又得到了很丰硕的重要成果，马吕斯因此荣获1810年的物理奖。马吕斯对于偏振现象做出诸多贡献，后人尊称他为“偏振之父”。

后来，奥古斯丁·菲涅耳与弗朗索瓦·阿拉戈合作研究偏振对于杨氏干涉实验的影响，他们认为光波是纵波，呈纵向震荡，但是这纵波的概念无法合理的解释实验结果。阿拉戈告诉托马斯·杨这问题，托马斯·杨大胆建议，假若光波是横波，呈横向震荡，则光波可以分解为两个相互垂直的分量，或许这样做可以对实验结果给出解释。果真，这建议清除了很多疑点。【这个其实在上一章有提到过。】

1817年，菲涅耳与阿拉戈将实验结果定性总结为菲涅耳-阿拉戈定律，表述处于不同偏振态的光束彼此之间的干涉性质。之后，菲涅耳试图进一步定量表述这实验，他发展出的波动理论是一种振幅表述，主要是用光波的振幅与相位来作分析；振幅表述能够定量地解释偏振光的物理性质；但非偏振光或部分偏振光不具有稳定的振幅与相位，无法用振幅表述给予解释。

【图中E是电场，B是磁场，K的方向为光的传播方向。】

大家要清楚的知道，这个时候伟大的电磁学集大成者麦克斯韦还没有出生呢。所以菲涅尔的理论并没有探触到光的本质，也不会认识到光是电磁波。他是从现象开始着手研究的，需要非常好的想象力。

1852年，乔治·斯托克斯提出一种强度表述，能够描述偏振光、非偏振光与部分偏振光的物理行为；只需要使用四个参数，后来称为斯托克斯参数就可以描述任何光束的偏振态，更重要地，这四个参数可以直接测量获得。

那时，电磁学理论杂乱无章，詹姆斯·麦克斯韦将这些理论加以整合，于1865年提出麦克斯韦方程组。从这方程组，他推导出电磁波方程，推论出光波是一种电磁波，可以用麦克斯韦方程组作精确描述。

菲涅耳的波动理论是建立于一些貌似合理的假定，由于能够正确描述光波的一些物理行为，例如，传播、衍射、偏振等等，符合实验得到的结果，所以才被学术界接受。

从麦克斯韦方程组可以严格地推导出菲涅耳的波动理论，给予这理论坚实稳固的基础。

大多数光源属于非偏振光源，例如，太阳、白炽灯等等，因为它们所发射出的光波是由一组不同空间特征、频率（波长）、相位、偏振的光波随机混合所组成。

为了了解光波的偏振性质，最简单的方法就是先只思考单色平面波，这种波是具有特定传播方向、频率、相位、振荡方向的正弦波。从研究平面波光学系统的性质与行为，可以对于一般案例给出预测，这是因为任何特定空间结构的光波都可以分解为一组不同频率、不同振幅的平面波，称为其角谱。

日常可见光的大多数光源，包括黑体辐射、萤光，太阳光等，会发射出不相干光波。在这些光源物质里，处于激发态的原子或分子会独立、毫无关联地发射出这些随机偏振的电磁辐射波列。每个波列持续大约10-8秒，所以，光波的偏振只能保持不变不超过10-8秒。这种光波称为“非偏振光”。

这术语所传达出的意思并不精准，因为在任意时刻、任意位置，电场与磁场的方向都很明确，这术语所要传达出的意思为，偏振随时间流易而改变的速度非常快，它不是无法被测量到，就是与实验结果无关。最通俗的理解是偏振是普遍存在的。

偏振光在通过消偏器之后，由于透射光的偏振随时间流易而改变的速率非常快，实际而言，可以忽略透射光在任意时刻的偏振，因此将透射光归类为“非偏振光”。

上面有提到声波没有偏振现象，现在问大家，为什么没有？像声波一类的纵波，振荡方向按照定义是沿着传播方向，所以，偏振这论题通常不会被提出。

但另一方面来说，在大块固体传播的声波也可能是横波，也可能是纵波，总共有三个偏振分量。对于这案例，横偏振伴随剪应力的方向，位移方向垂直于传播方向；纵偏振描述固体的压缩与振荡沿着传播方向。在地震学里，横偏振与纵偏振之间的传播差别是很重要的参数。

因为本章的内容，比较抽象，需要很好的想象，不知道大家理解了没有？ 最后再给大家做一个通俗的解释。

可以这样说，只要是横波，就存在偏振。为什么呢？振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。这也是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。

而光波是电磁波，因此，光波的传播方向就是电磁波的传播方向。光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。具有偏振性的光则称为偏振光。

很多迷糊应该会是迷糊为什么自然光不是偏振光。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。

但自然光肯定也是电磁波，是横波，所以是具有偏振的。为什么没有把它称为偏振光，主要观点就是上面从统计角度所说的原因，还有一个原因上面也提到了。就是日常的大多数光源，包括黑体辐射、萤光，太阳光等，会发射出不相干光波。在这些光源物质里，处于激发态的原子或分子会独立、毫无关联地发射出这些随机偏振的电磁辐射波列。每个波列持续大约10-8秒，所以，光波的偏振只能保持不变不超过10-8秒。对于人类来说，这是非常非常短暂的。所以这种光波称为“非偏振光”。

这个现象我们在讲光的干涉，光的衍射的时候，就讲了。这样讲大家应该就可以理解了。

摘自独立学者，诗人，作家，国学起名师灵遁者量子力学书籍《见微知著》

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