光是横波，所以有偏振。不过，相比波动（高中物理就会教）这个概念，偏振（大学物理的内容）这个概念不那么为人所熟悉。这点其实值得玩味，因为光的偏振比光的波动更容易发生。要证明光的波动性，人们得做衍射或者干涉实验。这往往是很困难的，至少我在大学的时候光学实验都没做出来过。相比之下，几乎所有的光学过程都可以对光起偏，也就是让非偏振光变得（部分或者完全的）偏振。具体而言，日常生活中处处可见的反射，折射，散射，统统可以让光起偏！

拿反射和折射来讲，当光经过空气与水的界面的时候，我们知道会发生反射和折射。这里的反射光和折射光便必然都是偏振的！当然，其偏振程度一般非完全。定量来看，在郭硕鸿的电动力学教材里，他详细推导了入射光的两个偏振分量各自的反射和折射系数。这两个分量的反射和折射系数分别都是不同的，所以即便入射光完全没有偏振（比如太阳光），经过反射和折射后，也会变得偏振。在这个过程中，存在一个极端或者说理想的情况，即当入射角为某个特定的值的时候，偏振方向在竖直平面内的那个偏振分量完全不反射。这个角叫做brewster角。在这个角度下，反射光100%地偏振，并且偏振方向与水面平行。所以，让光变得偏振，甚至是100%的偏振，是一件很容易的事情。

反射光存在偏振这个事实对搞摄影的很重要。下图来自wiki：

右边的照片是利用了偏振片的。经过偏振片，被窗户玻璃反射的强光被过滤掉了，这时才可以清楚地看到玻璃后的窗帘。

散射也可以起偏。我们头顶这片蓝天是太阳光被大气分子散射的结果，所以不同角度的天空存在不同程度的偏振，特别地，与太阳成90度的方向是100%线偏振的。这个事实对玩摄影的也很有用。对比下面两张图：

散射可以起偏这个事实曾经被barkla用来证明x射线本质是光，并因此获奖。1895年伦琴发现x射线后，全世界范围内掀起了x射线研究的热潮。不过，在很长一段时间里，人们搞不清楚这个神秘射线的本质。尽管人们普遍怀疑其本质就是光波，但是其很少表现出通常可见光表现出来的行为，比如反射，折射，衍射，干涉。这时候，barkla有一个非常聪明的想法。他注意到，x射线来自高速电子在金属板减速导致的刹车辐射。显然，在电子的初始运动方向，电子减速最厉害，所以如果在垂直方向观测的话，接收到的x射线应该是线偏振的，而且偏振方向平行于电子初始运动方向。现在，让这束线偏振的x射线打到某种样品上，通过散射过程产生二级x射线。重要的是，这个二级x射线的强度在不同方向是不同的，在平行于主x射线偏振方向上强度为零，在垂直方向强大最大。

Barkla的实验在杨福家的原子物理教材上有介绍。不过，杨的教材上的实验并非Barkla的原始方案。在杨的教材上介绍的是双散射方案。完全偏振的x射线并非直接来自金属靶，而是经过第一个散射体后的产物。这个方案更能体现散射过程的起偏作用。

既然反射，折射，散射都能起偏，那么为什么我们人类从来没察觉到这些事实？问题在人眼。人眼不明原因地不具备检偏的功能。其实检偏并不难啊，也许只需要相应的分子或者器官是棍子状就行。但是很多昆虫的眼是可以检偏的。比如蜜蜂就能够察觉天空的偏振，并以此导航。发现这一点的von Frisch也得了奖。

后记：写这个博文是因为最近在玩几个激光笔。笔者曾试图用barkla的办法检验激光笔输出的是线偏振的光，结果失败了。基于brewster角的方案也失败了。具体原因不明。有兴趣的可以尝试下。这是个厨房实验，要求不高。