第十四章光学光的偏振

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1、13 -9 自然光自然光 偏振光偏振光振动方向与传播方向组成的平面振动方向与传播方向组成的平面光矢量光矢量 E 的振动方向对传播方向的不对称性的振动方向对传播方向的不对称性 结论：结论：只有横波才有偏振现象。只有横波才有偏振现象。偏偏 振：振：偏振态：偏振态：振动面：振动面：光矢量在垂直光传播方向的平面内的振动状态光矢量在垂直光传播方向的平面内的振动状态uOHE光矢量振动面光矢量振动面 一一、自然光及其特点自然光及其特点没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解 1.1.光矢量具有环绕传播方向的对称性光矢量具有环绕传播方向的对称性，垂直光传播方向的平面内垂直光传播方向的平面内，光振动光振

2、动2.2.没有优势方向没有优势方向；2.2.各方向的光矢量振幅相等；各方向的光矢量振幅相等；3.3.可用一对可用一对独立的独立的、相互垂直的相互垂直的、振幅相等振幅相等的光矢量表示。的光矢量表示。自然光的表示方法自然光的表示方法：“”表示光振动表示光振动纸面；纸面；“”表示光振动表示光振动纸面。纸面。二二、线偏振光线偏振光线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：只含某一个固定振动方向的光。只含某一个固定振动方向的光。线偏振光的表示方法：线偏振光的表示方法：简称：简称：偏振光偏振光亦称：亦称：完全偏振光，平面偏振光完全偏振光，平面偏振光E播播传传方方向向振振动动面

3、面三三、部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光 部分偏振光可分解为两束部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的振动方向相互垂直的、独立的独立的、振幅不等振幅不等的的线偏振光线偏振光。部分偏振光的表示方法：部分偏振光的表示方法：纸面的光振动较强纸面的光振动较强纸面的光振动较强纸面的光振动较强 某振动方向占优势的光某振动方向占优势的光 四四、圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光 圆圆 偏偏 振振 光光 光矢量在光矢量在传播方向的平面内传播方向的平面内 椭圆偏振光椭圆偏振光左旋光左旋光 右旋光右旋光 端点的轨迹是端点的轨迹是圆圆的光。的光。以一以一 定角频率旋转

4、，且光矢量定角频率旋转，且光矢量 光矢量在光矢量在传播方向的平面内传播方向的平面内端点的轨迹是端点的轨迹是椭圆椭圆的光。的光。以一以一 定角频率旋转，且光矢量定角频率旋转，且光矢量 五五、获得偏振光的方法获得偏振光的方法 1.1.利用晶体的二向色性；利用晶体的二向色性；二向色性二向色性 吸收一个方向光振动而透过另一个方向光吸收一个方向光振动而透过另一个方向光 振动的特性振动的特性2.2.利用自然光在介质表面的反射和折射；利用自然光在介质表面的反射和折射；3.3.利用晶体的双折射；利用晶体的双折射；4.4.利用分子散射；利用分子散射；5.5.利用新型激光。利用新型激光。13-10 偏振光的获得和

5、检测偏振光的获得和检测(起偏和检偏起偏和检偏)一一、起偏和检偏起偏和检偏 1 1.起起 偏：偏：使自然光或非偏振光变成线偏振光使自然光或非偏振光变成线偏振光。2 2.检检 偏：偏：检验入射光的偏振性。检验入射光的偏振性。利用晶体的二向色性利用晶体的二向色性 4 4.偏振片的偏振化（透振）方向：偏振片的偏振化（透振）方向：透过偏振片的光振动方向透过偏振片的光振动方向 3 3.偏振片：偏振片：透透振振方方向向自然光自然光偏振片偏振片线偏振光线偏振光制成的透明薄片制成的透明薄片 光强光强 I I 不变不变 ，是什么光是什么光？光强光强 I I 变，有消光变，有消光 是什么光是什么光？光强光强 I I

6、 变，无消光变，无消光 是什么光是什么光？5.5.偏振片的起偏和检偏方法偏振片的起偏和检偏方法 I I?待检光待检光 P P 起偏起偏 检偏检偏 偏振片既可作起偏器又可作检偏器。偏振片既可作起偏器又可作检偏器。偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化起偏器起偏器 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化起偏器起偏器 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化起偏器起偏器 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光偏振

7、光 偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化起偏器起偏器 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 两偏振片的偏振化方向相互垂直，光强为零两偏振片的偏振化方向相互垂直，光强为零自然光自然光 线偏振光线偏振光 起偏器起偏器 检偏器检偏器 两个偏振片的偏振化方向相互平行，光强最大两个偏振片的偏振化方向相互平行，光强最大 起偏器起偏器 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器检

8、偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器检偏器 自然光自然光 线偏振光线偏振光 二二、马吕斯定律马吕斯定律 马吕斯定律马吕斯定律（1809）I I 出射线偏振光强度出射线偏振光强度 I0 入射线

9、偏振光强度入射线偏振光强度 入射偏振光的振动方向与偏振片偏振化方向的夹角入射偏振光的振动方向与偏振片偏振化方向的夹角 (13-71)I IPI0P P（理想情况）（理想情况）I0I1 I0P1P2I0I2=？I0P1P2P3例：当一束自然光相继通过两个透振例：当一束自然光相继通过两个透振 化方向成化方向成600角的偏振片角的偏振片 p1、p2 时，透射光强为时，透射光强为I1,若在这两个偏振片之间再插入另若在这两个偏振片之间再插入另 一偏振片一偏振片p3,它的透振方向与前两个偏振片均成它的透振方向与前两个偏振片均成300角，则角，则 透过透过p2的光强为多少？的光强为多少？反射光和折射光的偏振

10、：反射光和折射光的偏振：部分部分偏振光偏振光 反射光：反射光：入射面的成份多于入射面的成份多于成份；成份；折射光：折射光：入射面的成份少于入射面的成份少于成份。成份。（随（随 i 变化）变化）部分部分偏振光偏振光 入射光入射光自然光自然光 折射光折射光 r反射光反射光 三三、布儒斯特定律布儒斯特定律 (课本课本 p.513)入射光入射光完全偏振光完全偏振光部分部分偏振光偏振光反射光反射光 折射光折射光 自然光自然光 r0 反射光的偏振化程度与入射角有关反射光的偏振化程度与入射角有关，当入射角等于某一当入射角等于某一特定值特定值 i0 时，时，反射光成为反射光成为完全偏振光。完全偏振光。称称 起

11、偏振角起偏振角 或或 布儒斯特角布儒斯特角。1.1.布儒斯特定律布儒斯特定律 自然光从折射率为自然光从折射率为 n1 的介质射向折射的介质射向折射率为率为 n2 的介质的界面的介质的界面，当入射角当入射角 i 满足满足 成为振动方向成为振动方向入射面的入射面的完全偏振光完全偏振光。2.2.说明：说明：自然光以自然光以 i0 入射时，折射光仍为部分偏振光；入射时，折射光仍为部分偏振光；（其光振动仍为（其光振动仍为入射面的成份多于入射面的成份多于入射面的成份，入射面的成份，其强度比反射光更强。）其强度比反射光更强。）(13-69)时，时，反射光反射光 入射角为入射角为 i0 时，反射光时，反射光折

12、射光；反之，当反射光折射光；反之，当反射光折射光折射光 时，入射角一定是时，入射角一定是 i0，反射光一定是完全偏振光。，反射光一定是完全偏振光。光从真空光从真空(或空气或空气)入射到折射率为入射到折射率为 n 的透明介质界面上时的透明介质界面上时，起偏角起偏角 i0 满足：满足：例：例：玻璃玻璃 n=1.50 ，利用玻璃片堆利用玻璃片堆 产生产生线偏振光线偏振光布儒斯特定律的应用布儒斯特定律的应用 ：1.1.反射起偏和检偏反射起偏和检偏 2.2.透射起偏透射起偏 i0 接近接近 线偏振光线偏振光玻璃片堆玻璃片堆四四四四 光的双折射光的双折射光的双折射光的双折射(课本课本课本课本 p 513p

13、 513)1、双折射现象双折射现象 对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可观察到有对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可观察到有 寻常光寻常光 (简称简称 o光光)非常光非常光 (简称简称 e光光)o 光光和和 e 光光 都是都是线偏振光线偏振光。CAI大学物理学大学物理学V 3.01）.寻常光和非常光寻常光和非常光 自然光自然光 ir0reO光光 e光光 n2 n1 遵守折射定律遵守折射定律 不遵守折射定律不遵守折射定律 两束折射光的现象。两束折射光的现象。2 2）.o 光和光和 e 光的特点光的特点：o光和光和 e 光都是光都是线偏振光线偏振光；在各向异性的晶体内，在各向异性的晶体内，o光

14、沿各方向的传播速度相等光沿各方向的传播速度相等，e 光沿各方向的传播速度不同。光沿各方向的传播速度不同。结论：结论：o光在入射面内，光在入射面内，e 光一般不在入射面内，光一般不在入射面内，i=0 时，时，r 可不为可不为 0。i=0 时时，r=0。常量，常量，常量，常量，光光光光当方解石晶体旋转时，当方解石晶体旋转时，o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面 方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面 方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时，当方解石晶体旋转时，o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转光光光光双双折折射射纸面纸面 方解石方解石 晶体晶

15、体当方解石晶体旋转时，当方解石晶体旋转时，o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转光光光光双双折折射射纸面纸面 方解石方解石 晶体晶体当方解石晶体旋转时，当方解石晶体旋转时，o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转2、光轴光轴 主平面主平面AB光轴光轴1021 1）.光轴光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的该方向称为晶体的光轴光轴。例：例：方解石方解石（CaCO3）2 2）.光轴的特点：光轴的特点：光轴是一特殊的光轴是一特殊的“方向方向”，不是一条直线不是一条直线，凡平行于此凡平行于此 方向的直线均为光轴。方向的直线均为光轴。沿光轴方向沿光轴方向 v e =v o 。3 3）.单轴晶体和双轴晶体单轴晶体和双轴晶体 单轴晶体单轴晶体 只有一个光轴方向的晶体只有一个光轴方向的晶体 双轴晶体双轴晶体 有两个光轴方向的晶体有两个光轴方向的晶体 例：例：方解石方解石，石英石英，冰，冰 例：例：云母云母，硫磺，硫磺，蓝宝石蓝宝石 4 4）.主截面主截面 光轴与晶面法线构成的平面光轴与晶面法线构成的平面