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1、,第六章 光的偏振 &光在晶体中的传播,第六章 光的偏振和光在晶体中的传播1、 自然光和偏振光 2、 起偏器与检偏器、马吕斯定律 3、 菲涅耳公式 （补充内容） 4、 双折射现象 5、 惠更斯作图 6、 波片和补偿器 7、 偏振光的干涉 8、 人为双折射 9、 旋光性, 测糖术,光波是横波。,将平面电磁波函数代入E=0和H=0，得到Ek和Hk，即电磁场振荡方向与波矢方向正交，在与波矢正交的横平面中振荡，即自由空间中光波为横波。,电场和磁场之间正交和同步。,可知：,偏振度：,式中Imax和Imin分别是最大振幅和最小振幅对应的光强。对于线偏振光， Imin=0， P=1。 对于自然光， Imax
2、=Imin，P=0. 对于部分偏振光， 0P0, 正入射时表示反射光振动方向与入射方向相反，即反射光位相变化180度对S光，若rsn2时，tp=ts1,是否违背光能流守恒？关于这个问题我们引进光强反射率和透射率，及光功率反射率和透射率,光强反射率和透射率 光强I=nE02， 光强反射率和透射率：,注意：对于斜入射的光，,原因是：,光强I是光功率面密度，其单位是为瓦/米2(W/m2)。若考虑光功率应该记及光强和正截面两个因素。,光功率反射率和透射率,光功率守恒：,布儒斯特角,根据以上讲的光强反射率和入射角的关系公式可以得出光强反射率曲线：,+,iB为布儒斯特角,玻片组透射光的偏振度,利用p光和s
3、光的光强反射率、折射率不同的特性，使用玻片组可以或得比较高偏振度的偏振光，下图为一例：,注：偏振度的定义：,斯托克斯倒逆关系,斯托克斯倒逆光路方法巧妙地解决了n1/n2界面复振幅反射折射率（ ）和n2/n1界面复振幅反射折射率（ ）的关系。,图中显示反射光行波和折射光行波均被抵消，当然另外两列光行波 (1，rr，tt)和(rt，rt)也不复存在，即,第三节 反射光的相位变化,反射光的相移变化曲线 例题-菲涅耳棱镜产生圆偏振光 反射光的相位突变问题 维纳实验,反射光的相位变化曲线,相移因子( )的原始含义为：,当=0，复振幅反射率为正实数，表明反射光振动态与局部坐标架(p,s)方向一致，但是并不
4、意味着反射光和入射光振动态必定同相位。 当=，复振幅反射率为负实数，表明反射光振动态与局部坐标架(p,s)方向相反，也不意味着反射光和入射光振动态必定反相位。 当0，复振幅反射率为复数，表明反射光振动态介于局部坐标架(p,s)之间 ，入射光为线偏振，反射光则为椭圆偏振。,反射光的相移变化曲线：,（1）n1n2,(1) n1n2，光疏介质到光密介质，相移变化比较简单，=0或者，如图：,（2）n1n2，即光密到光疏，情况比较复杂，当入射角大约全反射临界角，相移因子由0连续变致，见下图：,（2） n1n2,以上相移因子和入射角关系公式的推导：,当入射角i1ic时，按照折射定律在形式上得：,所以：,令
5、：,于是：,相移因子求得：,注意：在基元波函数复数形式表示里，我们约定了相位的正负号；实际相位超前取负号，落后取正号，这个约定源于我们选用了,故实际相位差( - )应该为正值，为正值。,例题-菲涅耳棱镜产生圆偏振光,设玻璃折射率n1=1.51，空气的折射率n2=1.0，以入射角i1=5120 入射 一线偏振光，且偏振方向与入射面成45夹角，相位 1p 1s=0，即在入射光局部坐标架(p1,s1)看来入射光是两个等相位和正交振动的合成，分析反射光的偏振态？,首先判断入射角是否大于全反射临界角：,入射角大于临界角，所以使用下面的公式计算相移量：,结果得：,所以：,结论： 因为入射角大于临界角，所以
6、实振幅反射率rs和rp等于1，故反射光为内正切于正方形边框的左旋斜椭圆偏振光。,菲涅耳棱镜,适当调整入射角，使得=45，在菲涅耳棱镜里发生两次全反射，s和p光的相位差为2 =90，所以出射光为左旋圆偏振光。,反射光的相位突变问题,以上讲解的知识已经解决了这个问题，这里给出一个总结的结论；这些结论对于确定入射光和反射光的干涉场非常有用。,半波损失：在反射点入射光和反射光的线偏振态恰巧相反，也就是说相位相差，称之为半波损失。这意味着入射情况为正入射和掠射。,结论：,正入射时。n1n2,界面反射没有相位突变，即没有半波损失。 掠射时。无论n1n2还是n1n2n3，要计相位突变，即实际光程差为：,ii
7、. 当n1n2n3或n1n2n3，没有相位突变，实际光程差为：,对于入射角大于布儒斯特角的情况，请同学课下分析。,例题：,如图一微波检测器安装在高出湖面h=0.5米处，一颗射电星体发射波长为=21厘米的微波,星体自水平面徐徐升起，微波检测器依次出现信号极大和极小，问当出现第一个极大时，星体相对于水平面的仰角？,因为是掠射，所以要考虑相位突变，故实际光程差为：,当出现第一个极大时， ，于是：,光与物质的相互作用，本质上是光与电子的相互作用。运动的电子既有电荷亦有磁矩，光是电磁波。在光与电子的相互作用中，是电场起主要作用，还是磁场起主要作用，还是电场和磁场起等同的作用？-维纳实验回答了这个问题。,
8、维纳实验,光疏到光密，正入射的反射光的电场矢量有半波损失，而磁场矢量没有。在a0点观察到的是暗纹，确定和乳胶相互作用过程中起作用的是光波的电矢量。,维纳进一步作了更令人信服的实验：,证明乳胶感光是电场所致，而磁场没有起作用。,原子物理学从理论上可以估算出，光波中作用于电子电荷上电场力远远大于作用于电子磁矩的磁场力。,第四节 反射光的偏振态,反射光的偏振态和入射光的偏振态、入射角和介质的折射率有关。,举一特例-自然光入射（光疏到光密）,几个常用结果： 正入射时，若入射光为左旋偏振光，反射光为右旋偏振光，既适用于光疏到光密，也适用于光密到光疏。 入射角等于布儒斯特角，反射光为s偏振光。 当入射角大
9、于全反射临界角，若入射角为线偏振光（非s偏振，也非p偏振），反射光为椭圆偏振光。,补充内容结束！,散射光的偏振,当阳光射入地球大气层时，遇到大气分子而被散射，在高空没有多少尘粒子，故以分子散射(瑞利散射)为主，散射光的光强与入射光的波长四次方成反比。阳光所含的七种色中，紫、蓝、青光等的波长短，被分子散射便强烈，而波长较长的橙光、红光等被散射便弱，在高空的散射光便以紫、蓝、青光等为主，综合的效果便使天空呈蔚蓝色。 尘粒和水滴的尺度一般大于等于可见光，这里的散射以米散射为主，米散射不遵从分子散射那样的散射规律而是遵从更复杂的规律，和波长没有明显的关系，阳光被散射后基本上仍为白光，比如白云。,瑞利散射：,在入射光的激励下分子感生的电偶极矩为：,电偶极矩辐射：,辐射光强：,所以：,自然光：,线偏振光散射光偏振：,自然光散射偏振：,太阳光本身并不是偏振光，但当它穿过大气层，受到大气分子或尘埃等颗粒的散射后，便变成了部分偏振光。根据天空偏振光的图形，就可以确定太阳的位置。蜜蜂的偏光导航仪是在头部的复眼中。它的复眼是由6300只小眼组成的，每只小眼里有8个作辐射状排列的感光细胞，蜜蜂就是靠这些小眼来感受天空偏振光的。,
