我们看立体电影,犹如身临其境,房屋、街道、大山和小溪,一切景物都是那样清楚、明晰。那火车隆隆而来,就象开出了银幕,开过我们的头顶去;那足球赛多么有趣,足球“嗖”地飞出了银幕,朝着我们的脸上飞来,我们,其它的观众,都不由自主地急忙把头一偏,似乎在这一刹那,球真的从耳边飞了过去。
立体电影是用偏振光双镜头放映机放映的。因而看电影时还要戴上一副特殊的眼镜,那是两片镜片不同的眼镜,叫做偏振眼镜。我们戴着这种眼镜看电影,眼镜的左、右两片镜片就会有选择地将银幕上的影象摄取来,而造成一种奇异的立体形象感。
偏振光是什么光?其奥妙何在?光的偏振是光的波动性的一种表现形式,因此,要认识偏振光,还得从波谈起。
波动有两种形式:一种是纵波;一种是横波。它们传播的方式是不同的。我们知道,声波是一种纵波,它传播开来,空气密度将相应地跟着变化,就某一部位而言,该处的密度则一会儿大、一会儿小地交替变化光波是一种横波,空气或其它介质在垂直于波的传播方向上,每一薄层都围绕着其平衡位置作横向移动。
我们可以做一个小实验,观察一下横波的传播和横波的偏振。将绳子的一头拴住,另一头拉在手里做上下抖动。那样,让垂直方向振动的绳子通过一个垂直的窄缝,绳子上的振动状态在窄缝前后没有变化。换句话说,在垂直方向振动的波可以通过垂直方向的窄缝。让垂直方向振动的绳子通过一个水平窄缝,可以看见在窄缝前绳子的振动和原来一样,而在窄缝后绳子在垂直方向的振动消失了。这就是说,垂直方向振动的波不能通过水平窄缝。让垂直方向振动的绳子先通过垂直窄缝,尔后再通过水平窄缝,则绳子的振动通过垂直窄缝后,却不能再通过水平窄缝了。这个实验表明,只有当窄缝的方向和波的振动方向一致时,波才能无阻碍地通过窄缝;而当窄缝垂直于波的振动方向时,窄缝将阻止波的传播。如果波的振动方向和窄缝既不垂直也不平行,则通过窄缝的波的振动与两者的夹角有关。
从这个实验,我们就不难理解偏振眼镜的作用了。如果还用上面那种形象的比喻说法,那末,偏振眼镜片是由许许多多眼睛所看不见的“窄缝”组成的(这些窄缝,实际上是由组成偏振片的物质结构所决定)。我们把“窄缝”的方向叫做偏振眼镜的轴。在灯光前面一连串放置两个偏振眼镜片,当偏振眼镜片的轴和偏振眼镜片的轴相互平行时,通过的直线偏振光,当两个偏振眼镜片的轴相互垂直时,直线偏振光就一点也不能通过偏振眼镜片了。
我们再拿一根长螺旋弹簧代替绳子来做上述实验:拉动弹簧,沿着弹簧长度方向产生一列纵波,则不管窄缝取相同方向还是取其它任意方向,都不会阻碍纵波穿过前后两个窄缝而向前传播。因为纵波是沿着弹簧长度方向以疏密形式传播,而不是以横向振动形式传播的。这就是说,纵波不会发生偏振现象。
这样,我们就可以依据上述特征来证实光波是横波而不是纵波了。
让阳光或灯光照射一块电气石晶体薄片或人造偏振片,光透过后强度减弱。但是,如果以入射光线为轴旋转晶体薄片,则可以看到透射的光的强度不再有任何变化了。这时,如果让透射光再投射到同样的晶体薄片上,就会发现透过第二片晶体薄片的光的强度与第二片晶片相对于第一片晶片的方向有关。同样的,以透射光线为轴旋转第二片晶片,透过后一晶片的光的强度就会发生周期性的变化:当转到某一方向时,透射光最强,从这个位置起再转过90°,透射光最弱,强度接近于零。但是,入射光透过第一片晶片时,即使旋转这片晶片,透射光的强度也不随晶片的转动而有任何变化,当光束再透过第二片同样的晶片时,则这片晶片只让沿着某一方向振动的光波通过,这就表明:光不是纵波。