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内容摘要： 普通光通过偏振片后可以变成偏振光，偏振光其实是由两种恰好相反的光子组成，把这两种光子分开就可得到单向偏振光，单向偏振光具有独特的特性，可使导体产生电流，可对绝缘体产生与光传播方向垂直的作用力。 关键词： 偏振光、单向偏振光、光子、电子、能级、光电效应。 虽然偏振光光波的电场振荡方向是在同一个平面上，可是它们却包含着两种完全不同的光子，如果将这两种光子分开，那就是单向偏振光。从光电效应和核外电子的排布规律可知，单向偏振光是绝对存在的。 一、光子对电子的作用 在说明光子对电子的作用前，我们首先了解一下光子。 光子其实是电磁波，在光波中，振动着的是电场强度矢量 E和磁场强度矢量H。E和 H互相垂直，它们又都与光的方向垂直。 如图1 所示。 光矢E和光线方向所组成的平面叫光矢的振动面；磁振动矢量 H和光线方向所组成的平面叫做偏振面，它们是相互正交的。 （参考文献1 ）。
光子会对电子产生作用，作用力的方向与光的传播方向基本是垂直的，下面的事实可以说明这个问题。 每个入射光子所发射的光电子数目称为光电效应的量子产额。量子产额达到极大值，数量级为 0.1至0.15。 （参考2 ）。 从上面的事实说明，光电效应利用率最高时，也只有 10%——15% 的光子可以产生光电子。即大部分光子还是不能产生光电子。也就是说，光子的能量并不是产生光电子的唯一条件。 在入射辐射的某个频率范围内，量子产额（以及饱和光电流）出现可观的增长，这个现象称为选择光电效应。这时，量子产额与辐射的入射角和它的偏振状态有密切的关系。当辐射是在入射面（入射线与法线构成的面为入射面）上偏振时，则没有选择光电效应；如果辐射是在与入射面垂直的平面上偏振的，选择光电效应达到极大，并且与入射角 i有关，i从0向π /2增大，选择光电效应随之而增强。这些特点表明，光的波动特性对外光电效应是有影响的。 （参考文献2 ）。 从上面的事实说明，光电效应中光子的利用率与光线的入射角和它的偏振状态有着密切的关系 , 当光线的入射角从 0°向90 °增大时，选择光电效应随之而增强，说明入射角增大有利于产生光电子，如图２。并且当入射光线是偏振光时， 如果辐射是在与入射面垂直的平面上偏振的，即电场强度矢量的振动与入射面平行，这时选择光电效应达到极大 ；如果 辐射是在入射面上偏振，即电场强度矢量的振动与入射面垂直， 则没有选择光电效应，这两个现象同时说明，光子对电子作用力的方向与 电场强度矢量的振动平行，与磁场强度矢量的振动和光子的传播方向垂直。 如果光子对电子的作用力与光子的传播方向相同，那么就不会出现光电效应，更不会出现偏振光的偏振方向不同引起光电效应效果不同的现象。如图２。 二、单向偏振光 既然光子对电子作用力的方向与光的传播方向垂直，那么作用力为什么显示不出来，这是因为不论是自然光还是偏振光，它们对物质中电子向某一方向上的作用力，和与其相反方向上的作用力大小相等，方向相反，相互抵消所致，所以无法显示， (见图２) ，由此可以证明，偏振光是由恰好相反的两种光子组成，如能将其分开，那就是单向偏振光。 上面是从偏振光对电子的作用分析得知，偏振光是由两种不同的光子组成，现在我们再从发光原理分析单向偏振光的存在。 光照射在物体上会产生光压，光压就是 照射在物体表面的光对表面的压力。 （ 参考文献3 ） 光压的存在说明，光子对电子有推力。这也就告诉我们，产生光子的电子必然会产生向后的推力。即如果有一物体只向一个方向发光，那么这个物体就会产生与光传播方向相反的推力。 前面说光子对电子的作用力与光子的传播方向垂直，可光压则表明光子对电子的作用力与光子的传播方向相同，这不是矛盾的吗？这是因为光子对电子的作用力可分解成了两个力，一个与光子的传播方向相同，一个与光子的传播方向垂直，并且是与光子传播方向垂直的力远远大于与光子传播方向相同的力。 由于核外电子的运行轨道是圆形或椭圆形 ，原子核外的电子在第一个轨道上运动的时候能量最低。轨道愈往外，能量愈大。不同的轨道，对应不同的能量。所以，我们就给了它一个专门的名词，叫做 "能级"。里面的轨道能量低，叫低能级；外面的轨道是高能级。其次，核外的电子可以从一个轨道跳到任意的另一个轨道上，或者说从一个能级跳到任意的另一个能级，这时就有能量的变化。如果它从高能级跳到低能级，能量减小了，减小的这部分能量会以光的形式辐射出来。 （ 参考文献4） 光子是电子在原子中发生能量跳迁时产生的，如图3 中的a 和b。
这两个电子在产生光子时都在向右运动，根据电子产生光子后能量变小和光子具有光压等特性可以断定，产生的这两个光子都将向右传播。由于这两个原子的磁极都是上下排列，原子核和电子之间的电场都是前后排列，所以这两个电子产生的光子的磁场强度必然都是上下振荡，电场强度必然都是前后振荡，它们都符合偏振光的条件，可是它们的确是两个完全不同的光子，因为这两个电子在产生光子时一个是从前面向后面跳迁，另一个是从后面向前面跳迁，根据作用力与反作用力的普遍规律判断，当某电子吸收了图 3 a产生的光子后 , 电子一定会受到向前的作用力，相反，当某电子吸收了图 3 b产生的光子后， 电子一定会受到向后的作用力，所以说，这两个光子是完全不同的，并且是恰恰相反的，如能将其分开，那就是单向偏振光。 三、单向偏振光的特性和用途 由上述分析看出，单向偏振光是必然存在的，单向偏振光对电子作用力的方向是一致的，并与光的传播方向是垂直的，那么，单向偏振光必然具有下列特性。 1 、单向偏振光必然会使导体的表面产生电流。 2 、单向偏振光一定会使绝缘体受到力的作用。 现在人们还没有获得单向偏振光，我相信人们很快就会获得这种光线。根据以上两个特性可以预言，单向偏振光必然会得到广范的应用。 参考文献： 1 、李良德 基础光学 中山大学出版社 1987 2、苏：亚沃尔斯基A. 杰特拉夫著 上海翻译出版公司《声学、光学和电学波》 第187页1985 3 、 《中国大百科全书》 http://www.souku.com.cn/viewtitle.jsp?url=4259762&key= 光压 4 、 张旭 http://www.xjltp.com/yztw/twxb/0djq.htm
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杨发武 （yangfawu185@126.com） 上传2007.10
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