偏振、P光、S光、o光与e光

光是电磁波，除了我们熟知的波长、强度等特性外，偏振是光波最独特的属性之一。它不仅揭示了光的横波本质，还催生了液晶显示、3D成像、太阳镜、卫星观测等现代技术。本帖将从偏振的基础概念出发，深入解析P光、S光、o光、e光的定义及其在光学中的核心作用。

一、何为偏振？

偏振是横波区别于纵波的核心特征，表现为振动方向相对于传播方向的不对称性 。以光波为例，其电场矢量（光矢量）的振动方向若局限于某一平面，则为偏振光；若振动方向随机分布，则为自然光（如阳光） 。

横波：质点的振动方向与波的传播方向垂直。例如，电磁波、光波以及绳子上下抖动形成的波均属于横波 。

纵波：质点的振动方向与波的传播方向平行。例如，声波、地震中的P波（Primary Wave）均属于纵波 。

实验室对于几种偏振态定义，如下所示：

线偏振：电场矢量仅在一个平面内振动 ，如激光笔输出的光（部分偏振）。圆/椭圆偏振：电场矢量端点轨迹呈圆形或椭圆形，常见于光纤通信和量子光学 。

部分偏振：自然光与偏振光的混合状态，偏振度（DOP）介于0（非偏振）到1（完全偏振）之间 。

二、P光与S光

当光在介质表面发生反射或折射时，其偏振特性会发生变化，此时需引入P光和S光的概念。

P光（Parallel，平行光）：偏振方向平行于入射面（入射光与法线构成的平面） 。

S光（Senkrecht，垂直光）：偏振方向垂直于入射面 。

当入射角满足特定条件（即布儒斯特角，玻璃的布儒斯特角约56°），反射光会完全变为S光，折射光为P光 。这一现象被用于激光谐振腔设计，以减少反射损耗。

常见的应用有：3D电影，左右眼分别接收正交的P/S偏振光，通过偏振眼镜分离画面，实现立体效果 。偏振分光棱镜（PBS），利用镀膜技术，将入射光按P/S偏振方向分束，广泛应用于投影仪和光学测量 。

三、o光与e光

当光通过各向异性晶体（如方解石、石英）时，会发生双折射现象，分裂为两束偏振方向垂直的光。

o光（ordinary ray，简称o光，寻常光）：遵循折射定律，振动方向垂直于光轴（晶体中无双折射的特殊方向） 。

e光（extraordinary ray，简称e光，非寻常光）：偏离折射定律，振动方向平行于光轴 。单轴晶体的双折射特性：

常见的应用有：波片，利用o/e光的速度差产生相位延迟，将线偏振光转换为圆偏振光（如1/4波片） 。偏振棱镜（如沃拉斯顿棱镜），将入射光分离为空间上分开的o光和e光，用于偏振态检测 。

四、P/S光 vs. o/e光

P/S光的分界基于入射面的几何定义，而o/e光由晶体的各向异性决定 。P/S光可通过偏振片直接分离，o/e光需依赖双折射效应 。

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