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1、光的偏振,8-9,8-9 光的偏振,一、自然光和偏振光,一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的光振动。,自然光的表示法：,没有一个方向的光振动占有优势。,1.自然光,没有优势方向,由于普通光原中单个原子发光的独立性、随机性和间歇性，大量原子发出的光，没有一个方向的光振动占有优势，各个方向光矢量E的振幅相等。,振动面：光矢量的振动方向与光的传播方向构成的平面。,偏振:光矢量的振动方向相对传播方向的不对称性。,2. 线偏振光和部分偏振光,偏振方向:光矢量 的方向,光矢量只沿一个固定方向振动。,一束线偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的线偏振光。,线偏振光(完全偏振光、平面偏振光),线偏振
2、光的表示法：,部分偏振光 某个方向的光振动占有优势。,部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的线偏振光。,部分偏振光的表示法：,部分偏振光的分解,部分偏振光,自然光与线偏振光的混合。,偏振度：,讨论：,部分偏振光,自然光,完全偏振光,完全偏振光强度,自然光强度,3、 椭圆偏振光和圆偏振光,圆偏振光：光振动方向随时间变化,椭圆偏振光：光振动方向和幅度都随时间变化,光矢量端点的运动轨迹是圆。,光矢量端点的运动轨迹是椭圆。,迎着光传播方向看，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。,圆偏振光,线偏振光,椭圆偏振光,椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光。,
3、椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效为两个具有恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互垂直的线偏振光。,任何两束传播方向相同、频率相等、相位差恒定、振动方向相互垂直的线偏振光叠加时，都将形成椭圆偏振光或圆偏振光。,二、起偏和检偏,起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。,检偏：检查入射光的偏振性。,1、偏振片的起偏和检偏,将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，确定光的偏振性。,线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化，有消光现象,自然光通过旋转的检偏器，光强不变。,部分偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化。,三、 马吕斯定律,马吕斯定律（1809）,
4、-线偏振光的振动方向与检偏器的偏振化方向 之间的夹角。,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,I不变是什么光？,I变，有消光是什么光？,I变，无消光是什么光？,讨论,消光,例 在偏振化方向正交的起偏器M和检偏器 N 之间，插入一片以角速度 旋转的偏振片 P，入射自然光强为 , 试求由系统出射的光强是多少？,偏振片P每旋转一周，输出光强有“四明四零”。,（1）4t =00, 3600， 23600， 33600时，,t =450,1350,2250,3150时，输出光强为 。,t =00,900,1800,2700时，输出光强为零。,（2）4t =1800, 31800， 51800， 71800
5、时，,四、布儒斯特定律-反射光和折射光的偏振,反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化。,偏振化程度与入射角和两种介质的折射率有关。,反射光是振动方向垂直于入射面的线偏振光。,布儒斯特发现：当入射角等于某一特定值i0时，,且反射光传播方向与折射光传播方向垂直。,最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光,利用玻璃片堆产生线偏振光,当一束光入射到各向同性透明介质表面时：,1、双折射现象,五、 晶体的双折射,当一束光入射到某些各向异性的透明介质表面时：,光,光,当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,光,光,双 折 射,当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕
6、o光旋转,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,一束光射到各向异性介质后折射成两束不同方向的光的现象。双折射现象,寻常光：对于晶体一切方向都具有相同的折射率 ( 即波 速相同），且在入射面内传播，简称它为O光。,寻常光线(o光) -遵守折射定律,非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且 不一定在入射面内传播，简称为 e 光。,非常光线(e光) -不遵守折射定律,o光和e光都是线偏振光。,2 、光轴与主平面,当光在晶体内沿某个特殊方向
7、传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。,“光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。,单轴晶体：只有一个光轴的晶体,双轴晶体：有两个光轴的晶体,方解石、石英、红宝石、冰等。,云母、硫磺、蓝宝石等。,主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。,o光的振动方向垂直于o光的主平面。,e光的振动方向平行于e光的主平面。,晶体主截面：晶面法线与晶体光轴构成的平面。,当入射光线在晶体主截面内时，o光和e光的主平面与晶体主截面重合，这时o光和e光的振动方向严格垂直。实际上大多数情况下， o光和e光的主平面夹角都很小，因此o光和e光的振动方向可认为是垂直的。,主折射率:,
8、o光的传播速率用 表示, 其折射率用 表示.,e光沿垂直于光轴方向上的传播速率用 表示,折射率用 表示。,3. 尼科耳棱镜,光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面,将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。,O光入射角大于其临界角arc sin(1.55/1.658)=69012，被全反射，在BD处为涂黑层所吸收。,出射光为偏振光e光。,方解石的折射率n0=1.658,六. 波片 椭圆偏振光和圆偏振光的获得,波片(波晶片)：,光轴平行表面的晶体薄片。,通过厚为d的晶片，o光、e光产生光程差和相位差：,振幅关系,从晶片出射的是两
9、束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差为 的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。,(1) 四分之一波片, 线偏振光圆偏振光, 线偏振光线偏振光,从线偏振光获得椭圆或圆偏振光., 线偏振光椭圆偏振光,(2) 二分之一波片,使线偏振光振动面转过2角度,偏振光的干涉,8-10,8-10 偏振光的干涉,一. 偏振光干涉装置,二. 偏振光干涉的分析,1. 振幅关系,在P2 后，两束光振动方向平行，振幅为：,是一对振幅相等的相干光,通过晶体C后,此两束光合成为一束椭圆偏振光,通过P2 后,（若P1/P2，则无附加相差）,2. 相位关系,相长干涉,相消干涉,若单色光入射,且d均匀, 屏上无干涉条纹.,若白光入射，晶片d均匀，视场中将呈现一定的色 彩，这种现象称为显色偏振。,若白光入射，且d不均匀，则屏上出现彩色条纹。,若单色光入射,且d不均匀,则屏上出现等厚干涉条纹.,
