光的偏振

引入

自然光（太阳光、灯光）的电场振动方向是随机的、各向均匀的。如果让光只在一个方向振动，就得到了偏振光。偏振是横波特有的性质，光的偏振证明了光是横波。

在化学中，手性分子（如糖类、氨基酸）能使偏振光的偏振面旋转——这就是旋光性，是有机化学中鉴定手性物质的重要手段。

正文

定义

光的偏振是指光波的电场振动方向在空间中具有特定取向的性质。只有横波才具有偏振现象。

偏振态分类

偏振态	特征
自然光	电场振动方向各向均匀分布
线偏振光	电场只在一个平面内振动
圆偏振光	电场矢量端点画圆
椭圆偏振光	电场矢量端点画椭圆
部分偏振光	自然光与偏振光的混合

马吕斯定律

线偏振光通过偏振片后，透射光强度：

$$I=I_0{\cos }^2\theta$$

其中 $\theta$ 为偏振光振动方向与偏振片透光轴之间的夹角。

两个偏振片交叉（$\theta =90°$）时，光被完全阻断。

布儒斯特角

光以特定角度入射到界面时，反射光为完全线偏振光：

$$\tan {\theta }_B=\frac{n_2}{n_1}$$

此时反射光与折射光互相垂直。这个角度称为布儒斯特角，与折射率直接相关。

旋光性

某些物质的溶液能使线偏振光的偏振面旋转一个角度 $\alpha$：

$$\alpha =[\alpha ]\cdot c\cdot l$$

其中 $[\alpha ]$ 为比旋光度（物质的特征常数），$c$ 为浓度，$l$ 为光程。

分子特征	旋光性
有手性中心（不对称碳）	有旋光性
外消旋体（等量对映体混合）	无净旋光
内消旋体	无旋光

化学中的应用

• 旋光仪：测量手性化合物的比旋光度，鉴定对映体纯度
• 圆二色谱（CD）：测量手性分子对左右圆偏振光的吸收差异，用于蛋白质二级结构分析
• 偏光显微镜：观察晶体的双折射性质，鉴定矿物

引出

偏振现象揭示了光的横波本质。光的偏振在液晶显示、应力分析和光学薄膜中也有广泛应用。

光的色散则从另一个角度展示了光与物质相互作用的频率依赖性。