什么是马吕斯定律?
马吕斯定律描述了平面偏振光在通过偏振片(检偏器)后强度如何变化。当一束已经偏振的光照射到偏振片上,而偏振片的透光轴与光的偏振方向成 \(\theta\) 角时,透射光强会按 \(\cos^{2}\theta\) 的比例衰减。该定律由法国物理学家艾蒂安-路易·马吕斯(Étienne-Louis Malus)于 1809 年发现,是光学、摄影、液晶显示(LCD)和激光物理中的基础规律。
计算公式
透射光强可由下式给出:
$$I = \text{I}_0 \cdot \cos^{2}\!\left(\theta\right)$$其中 \(\text{I}_0\) 为入射偏振光的强度,\(\theta\) 为偏振方向与偏振片透光轴之间的夹角,\(I\) 为最终的透射光强。当 \(\theta = 0°\) 时,光全部通过(\(I = \text{I}_0\));当 \(\theta = 90°\) 时,偏振片完全挡住光线(\(I = 0\))。
如何使用本计算器
输入初始光强 \(\text{I}_0\)(单位可任选,只要前后一致即可,例如 W/m²、流明,或像 1 这样的相对值),再输入以度为单位的夹角 \(\theta\)。计算器会返回透射光强以及光线透过的百分比。
实例演示
假设强度为 \(\text{I}_0 = 100 \text{ W/m}^2\) 的偏振光以 \(\theta = 60°\) 的夹角射向偏振片。此时 \(\cos(60°) = 0.5\),因此 \(\cos^{2}(60°) = 0.25\),于是 $$I = 100 \times 0.25 = 25 \text{ W/m}^2.$$ 也就是说,只有原始光强的 25% 能够透过。
常见问题
这条定律适用于非偏振光吗? 不适用。马吕斯定律针对的是已经偏振的光。非偏振光通过第一块偏振片后,无论角度如何,强度都会降为原来的一半(\(\text{I}_0/2\)),之后再通过的偏振片才遵循马吕斯定律。
什么角度下透射光强为零? \(\theta = 90°\)(两偏振片正交)时 \(\cos^{2}(90°) = 0\),光线被完全阻挡。
θ 可以大于 90° 吗? 可以。由于 \(\cos^{2}\) 具有周期性,该公式适用于任意角度。例如 120° 得到的结果与 60° 完全相同。