什麼是馬呂斯定律?
馬呂斯定律(Malus's Law)描述平面偏振光通過偏振片(檢偏器)後,光強會如何改變。當已經偏振的光線射入偏振片,而偏振片的透光軸與入射光的偏振方向夾角為 \(\theta\) 時,透射光強會衰減為原來的 \(\cos^{2}\theta\) 倍。這項定律由法國物理學家馬呂斯(Étienne-Louis Malus)於 1809 年發現,是光學、攝影、液晶顯示器(LCD)與雷射物理的重要基礎。
公式
透射光強可由下式計算:
$$I = \text{I}_0 \cdot \cos^{2}\!\left(\theta\right)$$
其中 \(\text{I}_0\) 為入射偏振光的強度,\(\theta\) 為偏振方向與偏振片透光軸之間的夾角,\(I\) 則是通過偏振片後的透射光強。當 \(\theta = 0°\) 時,光線完全通過(\(I = \text{I}_0\));當 \(\theta = 90°\) 時,偏振片會完全擋住光線(\(I = 0\))。
如何使用本計算器
輸入初始光強 \(\text{I}_0\)(可使用任何一致的單位,如 W/m²、流明,或相對值 1),再輸入以「度」為單位的夾角 \(\theta\)。計算器會回傳透射光強,以及光線通過的百分比。
計算範例
假設強度 \(\text{I}_0 = 100 \ \text{W/m}^2\) 的偏振光以 \(\theta = 60°\) 射入偏振片。由於 \(\cos(60°) = 0.5\),因此 \(\cos^{2}(60°) = 0.25\),得 $$I = 100 \times 0.25 = 25 \ \text{W/m}^2$$ 也就是說,只有 25% 的原始光線能夠透射通過。
常見問題
這套定律適用於非偏振光嗎?不適用。馬呂斯定律只適用於已經偏振的光。非偏振光通過第一片偏振片後,無論角度如何,強度都會降為原來的一半(\(\text{I}_0/2\)),之後再通過後續偏振片時才遵循馬呂斯定律。
什麼角度會讓透射光強為零?\(\theta = 90°\)(兩偏振片相互垂直)時,\(\cos^{2}(90°) = 0\),光線會被完全擋住。
\(\theta\) 可以大於 90° 嗎?可以。由於 \(\cos^{2}\) 具有週期性,這個公式適用於任何角度;例如 120° 所得的結果與 60° 相同。