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2002 年 10 月 18 日

光是什麼？ (49) 橢圓偏振與圓偏振光
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明: 電磁波中的電場強度向量 E 或磁場強度向量 B ，其指向有各種不同的情形。若電 (磁) 場強度向量 E ( B ) 呈現以傳播行進方向為軸環繞旋轉，且電 (磁) 場強度向量 E ( B ) 向量大小隨時間而改變，旋轉時電 (磁) 場強度向量 E ( B ) 尖端描繪出一個橢圓，則此電磁波為「橢圓偏振 (Elliptic Polarization)」的情形。其橢圓偏振產生的原因，是當兩個偏振不等的平面偏振波相重疊，而重疊的相位 (Phase) 差為 1/4 波長的奇數倍時，將會產生「橢圓偏振 )」。
若面偏振光垂直射至厚度為 d 的方解石塊，其光學系統的 對稱軸 (俗稱的「光軸 (Optical Axis)」) 平行方解石表面，且光的振動與光妯成 45 度，如上左圖示。則光會在入射點 O 即分成強度相等的兩分量，其一沿光軸方向 (以 x 座標標示) 振動，而另一沿與光軸垂直方向 (以 y 座標標示) 振動。因在 O 點時兩振動初期的相位相同，其振動方程式可寫成 K_x = A sin (2 π t / T) = K_y 。則通過方解石晶塊後此兩振動方程式為 K_x = A sin 2 π (t / T - n_e d / λ ) 和 K_y = A sin 2 π (t / T - n₀ d / λ ) 。而其相位差為 φ = 2 π ( n₀ - n_e ) d / λ = 2 π δ / λ ，式中 δ = ( n₀ - n_e ) d 是光行差， λ 為電磁波波長。將此兩振動合併觀之，通常呈橢圓偏振，橢圓的平面與光行進方向垂直，橢圓的形狀則依晶塊厚度 d 而定。若是晶塊厚度 d 恰能使光行差等於 1/4 波長 (或其奇數倍) ，則穿過後光的電 (磁) 場強度向量 E ( B ) 振動呈圓運動，這就是「圓偏振光 (Circularly Polarized Light)」，如上右圖示。此厚度的晶片稱為「四分之一波片」，對方解石而言，厚度約 0.8 毫米；對水晶而言，厚度約 15 毫米。

明日主題 : 光是什麼？ (50) 布如士特定律 (Brewster's Law)

作者與主編 : 陳輝樺、王夕堯
諮詢服務: 陳輝樺 (NMNS 國立自然科學博物館)
王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
蘇明俊 (NKNU 國立高雄師範大學科教所)

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