你所理解的自然光真的是自然光吗？其实自然。。。

　　珠宝知识223：珠宝考研考证篇（四十）：自然光与偏振光
　　上一篇文章中，重点向大家介绍了“光”的本质，在今天的文章之前，我要再次强调一下“光”一个非常重要的特征：光波的振动方向与传播方向垂直，这句话一定要深深的记在脑子里，因为在后面很多的问题，我们都要通过这句话来进行分析，一定一定一定要记住这句话，我希望大家能够在心中默读三遍。再看一下下面这张动图，加深记忆。
　　好了，进入到今天的正题，什么是自然光，什么是偏振光。
　　对于自然光，在生活中的理解往往是太阳光，但是在宝石学中，这样的理解却有失偏颇，真正自然光的定义是这样的：
　　从一切实际光源直接发出的光波，一般都属于自然光，如太阳光，白炽灯光等。
　　好了，关于这个定义，看起来非常简单，但经常会有一些同学依然不清楚到底什么是自然光，在这里我需要再强调几点。
　　第一，任何一个光源发出来的光都是自然光。关键词是“任何”二字。我们日常生活中所有的能够发光的事物，就是光源，只要它发光，发出来的就是自然光，太阳光（自然不必说，一定属于自然光）、蜡烛、白炽灯、日光灯、霓虹灯等等，哪怕是电脑（手机）的屏幕、手电筒、甚至是老师上课所使用的激光笔，所有的光源发出来的光，都是自然光。
　　第二，自然光的定义中，没有描述光的颜色、强度、波长（频率）、传播介质等等，所有与“光”有关的其他物理量，在这个概念中都没有提到，因此无论光线是什么颜色的（单色光、混合色光、白光等）、光的强度（无论有多强，无论有多弱）、波长有多长、频率有多高（波长与频率决定光的颜色），所以，自然光可以是单色光、可以是两种或两种以上颜色组成的混合色光、可以强到刺眼，也可以让人毫无察觉，他们都可以是自然光。看看下图，就是激光笔发出来的光，无论什么颜色，什么强度，都属于自然光。
　　通过以上两点强调，当我们需要判断一束光到底是不是自然光，一定要与它的定义紧密靠拢。
　　既然这些光源发出来的“光”都叫做自然光，那么，他们都有怎样的共同点呢？
　　自然光的特点就是在垂直光波传播方向的平面内，沿着各个方向都有等振幅的振动。
　　对于这个特点，我们做如下介绍：下图为自然光及振动特点的示意图，红色方框中向右的箭头代表了光的传播方向，这时在垂直于光波的传播方向切上一刀，就会得到一个平面，这个平面就是垂直光波传播方向的平面（如左侧蓝色方框），在这个平面内，我们会看到，光的振动方向并不是沿着某一个特定的振动方向，而是以一个中心为原点，向四面八方振动，并且在不同的方向上的振幅是完全相等的。此时我们将不同方向上振动端点连接起来，就会形成一个圆。这就是自然光的振动特点。
　　如果在各个方向上有等振幅的振动，我们将这束光称之为自然光；那么，如果光波仅在某一个方向上有固定的的振动，我们就将这束光叫做平面偏振光，简称偏振光。
　　看看下图，在垂直光的传播方向切一刀，同样可以得到一个横截面，此时能够看到光仅仅沿着一个方向振动，与自然光有着非常本质的区别。由此引出来一个相应的概念，那就是振动面光的振动方向与传播方向组成的平面，就叫做振动面。
　　在这里同样需要强调，对于偏振光的定义，依然没有提到光的其他物理量，包括波长、频率、颜色、强度等等，那么判断一束光是否是偏振光，只要看光波是否沿着一个固定的方向振动就可以了。
　　那么对于偏振光与自然光之间的区别，也仅仅有振动方向上的区别，除此之外，没有其他，也就是说，除了振动方向以外，偏振光与自然光之间的所有物理量（颜色、强度、波长、频率等）都有可能是相同的。因此判断一束光的性质，仅仅考虑光波的振动方向就可以了，千万不要再去寻找其他物理量之间的不同。
　　那么自然光与偏振光之间是如何转化的呢？
　　1、折射与反射作用
　　通过折射与反射作用，可以将一束自然光转化成为偏振光。其中，反射光的振动方向垂直于入射光与反射光组成的平面；折射光线为部分偏振光，主要的振动方向平行于入射光与折射光所组成的平面，通过多次的折射与反射之后，最终折射光线也会转变成为平面偏振光；
　　2、双折射作用
　　很多宝石矿物都具有双折射，也就是说，当一束光线入射到宝石矿物的时候，除了某些特殊的方向，会将光线分解成为两束光，这种现象我们称之为双折射现象。比如日常生活中经常会见到的冰洲石，透过冰洲石可以看到背后的物体变成了两个，这其实就是将一束光线分解成了两束光线的现象。
　　分解成的这两束光线的振动方向是相互垂直的，一条平行于入射光与折射光所组成的平面，一个垂直于入射光与反射光所组成的平面。在晶体光学中，根据宝石的双折射现象，将宝石分为了一轴晶与二轴晶，同时有根据不同光线折射率的不同，又分别将其分为正光性和负光性，这些概念，我们会在后面的课程中提到。
　　在宝石鉴定仪器中的二色镜，就是利用了冰洲石较大的双折射，从而能够观察到宝石不同振动方向光波的颜色差异，从而判断宝石的多色性。下图为二色镜的结构示意图。
　　3、选择性吸收
　　这是在宝石鉴定仪器中最常用到的一种将自然光转换成为偏振光的方式，在光学实验中，通常将自然光转化成为片状的装置叫做起偏器，或者叫做偏振片。当自然光照射到偏振片的时候，偏振片可以吸收其他方向振动的光线，仅使某一个振动方向的光通过。有些时候，偏振片上需要标出允许通过光的振动方向（偏振化方向）。
　　在宝石鉴定仪器中，会用到偏振片的主要为偏光镜（用于判断宝石的光性特征）、折射仪（通过偏振片的作用，便于观察相关的读数）。
　　说到这个偏振光，我想大家一定会想起在购买太阳镜的时候，往往都会选择偏光镜，或者在观看3D电影的时候，也需要带上一副偏光眼镜才可以。这里所说的偏光镜就是我们刚刚讲到的偏光，在验证镜片的时候，我们会将两个镜片相互垂直放置，如果不能看见镜片后面的物体，就说明镜片是偏振光镜片了。
　　为什么会形成这样的效果呢？这就是我们要讲到的起偏和检偏了。
　　首先，看看下面这张图，在这个实验中放置了两个偏光片，A和B，当自然光照射到偏光片A的时候，A将自然光转化成为偏振光，所以A这个偏光片可以称之为起偏器，B的主要作用就是用来检验A是否真的将自然光转化成为了偏振光。所以B叫做检偏器。
　　由于起偏器A仅允许竖直振动方向上的光通过，如果B所允许的振动方向也为竖直，则偏振光可以通过检偏器B，背后的屏幕就是亮的。
　　如果将检偏器旋转一定的角度，B也仅能允许一部分的光线通过，并且偏振光的振动方向随着检偏器B的旋转而发生改变，并且与检偏器B所允许的振动方向保持一致。这时候屏幕上的光线相对较暗，同时随着旋转角度的增大，亮度逐渐变小。
　　一旦将检偏器B所允许的振动方向旋转九十度，改为水平方向，偏振光是无法通过检偏器B的，因此背后的屏幕为全暗，没有任何光线的存在。当继续旋转的时候，背后的屏幕又开始慢慢变亮，最终达到最大值，由此往复。因此整个当检偏器B旋转360的时候，背后的屏幕会出现两次全明，两次全暗的现象。
　　这就是检验偏光片质量好坏的原理，也是宝石鉴定仪器中偏光镜的应用原理，在使用偏光镜之前，需要检查起偏器和检偏器，首先让偏光镜的视域达到全暗才能够使用。如果偏光片的质量较差时，不能将全部的自然光转化成为偏振光，整个视域会成为近于黑色的灰色。下图为偏光镜使用前的检查工作，整个视域调整到全暗。
　　好了，关于自然光与偏振光之间的概念，就分享到这里，希望对大家有所帮助。