某些双折射晶体对二种互相垂直的偏振光具有不同的吸收。例如电气石吸收 o 光比吸收 e 光大得多。白光经过 1 毫米厚的电气石晶片,几乎全部 o 光被吸收而 e 光只略微被吸收。透过的偏振光略带黄绿色,足见吸收对波长还有依赖关系。
W.B.赫勒帕思在 1852 年发现碘化硫酸金鸡纳(奎宁)针状结晶有双色性吸收。厚约 0.1 毫米的晶体已能完全吸收 o 光。但晶粒微小,当时无法用以产生偏振光。直至 1934 年才有人将碘化硫金鸡纳浮悬在胶体中,当胶体拉成薄膜时这些微小晶体随着拉伸方向排列整齐,起了一大片双色性晶体的作用。等薄膜干后,把它夹在二块平面玻璃片之间,制成大面积获得偏振光的器件。也有用聚乙烯醇薄膜浸透了碘制成。这类薄膜片,商品名 Polaroid,称偏振片。现在由于塑料工业的发展,已有很多种变种偏振片。质量好的,可通过入射光中一个偏振光的 80%,而通过另一个偏振光小于 1%。两个偏振片相互垂直,通过全部入射光的 0.01%,还不能全黑。一般产品,还达不到这指标。所以精密仪器中,还是采用上述棱镜。虽然偏振片有偏振不纯及光较弱的缺点,但它几乎具有近乎 180° 的孔径。又不像自然晶体受大小的限制,几乎可以做得直径大至数十厘米的尺寸。而且产品成本低廉,可大量生产。所以在很多实际应用中,小如观看立体电影的偏光眼镜,较简单的偏光显微镜的上下偏光镜,摄影用的消反光的附加镜头,大至光弹仪的起偏与检偏镜,都用这种薄膜偏振片。
在 1960 年有人在每毫米约 2160 条的透明光栅上镀涂金属铝膜,形成透明及反射的线栅。类似偏振片的作用,当自然光通过线栅后,和铝线条平行的偏振被吸收而获得偏振垂直铝线条的平面偏振光。其原理是自然光中平行铝线的电振动,易使在铝线中产生感应电流,等同于光被线栅吸收,而垂直铝线的电场不易被吸收,得以通过。这思想是从微波引来的,所以有利于制作红外光的起偏器。
马吕斯在 1808 年发现:任何产生单一偏振光的器件,它们的偏振光的透过平面互相平行的透过光强最大,为I0 。互相成 α 角,透过光强 I=I0(cosα)2。这就是马吕斯定律。这是透过第一块偏光镜的电矢量的振幅,分解在第二块透过平面的自然结果。设透过第一块的电矢量振幅为 E0,则透过第二块的为 E=E0cosα。将此式二次方,即为光强。
通过各向同性分子的散射,自然光被微粒(分子、原子)所散射,如微粒是各向同性的,则在原始光垂直的任何方向上,散射光是平面偏振的;如微粒是各向异性的,则散射光是部分偏振光。设自然光沿 x 方向射向微粒 O,由于微粒是各向同性的,微粒的感生偶极矩和入射光的电矢量是一致的。这偶极矩作强迫振动,辐射次波,就是散射光,在图中可以看出,散射光在垂直原始光的方向上,是平面偏振光,而在其他方向上是部分偏振光。
光入射到各向异性微粒上,由于被感应的偶极矩与入射光的电矢量不是矢量关系而是张量关系,感生偶极矩与入射光电矢量方向不一致,所以发出的次波,在与原始光垂直的方向上不一定是平面偏振光,而一般是偏振程度不高或部分偏振光。
晴朗的天空,在垂直太阳光方向用偏振片观察天空,可以发现天空光是部分偏振光,偏振片在一个取向光亮度大,在与之垂直取向亮度小。这是由于散射光进行多次散射,另一方面由于大气中有各向异性小微粒。
在人为安排的各向同性气体的散射中,可在横向得到偏振光。这也证明了,是光的电矢量而不是磁矢量,起了光的散射作用。
利用光的散射来产生需要的偏振光没有实际意义。但反过来,利用散射光的偏振程度可以估计散射微粒的各向异性程度。