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1、14-1 自然光和偏振光自然光和偏振光一、光的偏振性一、光的偏振性振动面振动面：光的传播方向和振动方向组成的平面。：光的传播方向和振动方向组成的平面。偏振偏振: : 光光的振动方向相对传播方向的不对称性。的振动方向相对传播方向的不对称性。光矢量光矢量振动面振动面v0HE光的偏振态光的偏振态: : 光矢量在与光传播方向垂直的光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。平面内的振动状态。二、自然光二、自然光(Natural light)(Natural light)一一束束自自然然光光可可分分解解为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的、等幅的、不相干的线偏振光等幅的、不相干的线偏振光（
2、Polaroid light)Polaroid light)。自然光的表示法：自然光的表示法： 光光振振动动的的振振幅幅在在垂垂直直于于光光波波的的传传播播方方向向上上，既既有有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。三、线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）三、线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）光波的光矢量方向始终不变，光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。只沿一个固定方向振动。线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光振动平行板面光振动平行板面光振动垂直板面光振动垂直板面四、部分偏振光四、部分偏振光 部部分分偏偏振振光光可可分分解解
3、为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的、不等幅的、不相干的线偏振光。不等幅的、不相干的线偏振光。部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法： 平行板面的平行板面的光振动较强光振动较强垂直板面的垂直板面的光振动较强光振动较强14-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律 起偏起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。检偏检偏：检查入射光的偏振性。检查入射光的偏振性。透透光光轴轴方方向向自然光自然光偏振片偏振片线偏振光线偏振光一、偏振片的起偏和检偏一、偏振片的起偏和检偏将待检查的入射光垂直入将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振射
4、偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，确片，观察光强的变化，确定光的偏振性。定光的偏振性。. . . .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，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .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，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .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，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .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
5、，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .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，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .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，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .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，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .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，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
6、光强发生变化两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零. . . .检偏器检偏器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，光强不变自然光自然光. . . .检偏器检偏器自然光自然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.
7、. . .检偏器检偏器自然光自然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自然光通过旋转的检偏器，光强不自然光通过旋转的检偏器，光强不变变. . . .检偏器检偏器自然光自然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，光强不变二二. . 马吕斯定律马吕斯定律 -线偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方线偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方向向 之间的夹角。之间的夹角。如果入射线偏振光的光强为如果入射线偏振光的光强为I0，透过检偏器后，透过检偏器后，透射光的光强透射光的光强I为为14-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏
8、振自然光自然光部分部分偏振光偏振光反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化部分部分偏振光偏振光 反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一特定值角等于某一特定值i0且满足且满足这时反射光成为线偏振光。这时反射光成为线偏振光。布儒斯布儒斯布儒斯布儒斯特定律特定律特定律特定律自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光起偏振起偏振角角布儒斯特角布儒斯特角利用利用利用利用玻璃片堆玻璃片堆玻璃片堆玻璃片堆产生线偏振光产生线偏振光产生线偏振光产生线偏振光i0(接近线偏振光接近线偏振光)玻璃片堆玻璃片堆最后
9、获得两束振动面互相垂直的线偏振光最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光一、一、双折射双折射现象现象 寻常光和非常光寻常光和非常光 对于各向异性晶体，一束对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可以观察到有光射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。两束折射光的现象。寻常光线寻常光线(o光光)(ordinary) -遵守折射定律遵守折射定律非常光线非常光线(e光光)(extrordinary) -不遵守折射定律不遵守折射定律o光和光和e光都是线偏振光。光都是线偏振光。14-4 光的双折射光的双折射( (BriefringenceBriefringence) )光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转
10、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光旋转光旋转纸面纸面方解石方解石 晶体晶体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 晶体晶体二、晶体的光轴二、晶体的光轴与光线的主平面与光线的主平面 当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传
11、播播时时不不发发生生双双折射，该方向称为折射，该方向称为晶体的光轴晶体的光轴。“光轴光轴”是一是一特殊的特殊的“方向方向”, ,不是指一条直线。不是指一条直线。凡平行于此方向的直线均为光轴。凡平行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体单轴晶体：只有一个光轴的晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体：有两个光轴的晶体AB光轴光轴102主平面主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面o光的振动面垂直于光的振动面垂直于o光的主平面光的主平面e光的振动面在光的振动面在e光的主平面内
12、光的主平面内主截面：主截面： 由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。*14-5 偏振光的干涉偏振光的干涉 人为双折射现象人为双折射现象一、椭圆偏振光与圆偏振光一、椭圆偏振光与圆偏振光. . . .通过通过d后，位相差后，位相差四分之一波片四分之一波片二分之一波片二分之一波片通过晶片后的光成为圆偏振光通过晶片后的光成为圆偏振光通过晶片后的光成为线偏振光，通过晶片后的光成为线偏振光，振动方向旋转振动方向旋转900。二、二、偏振光干涉偏振光干涉. . . .透光轴相互垂直透光轴相互垂直是一对振幅相等的相干光是一对振幅相等的相干光光强决定于两束光的总位相差光强
13、决定于两束光的总位相差第一项为两光通过晶片产生的位相差第一项为两光通过晶片产生的位相差第二项是由于第二项是由于 方向相反引起的附加位相差方向相反引起的附加位相差干涉的明暗条件干涉的明暗条件色偏振色偏振三、人为双折射现象三、人为双折射现象某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质，某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质，也呈现双折射现象。也呈现双折射现象。1、光弹性效应光弹性效应应力双折射应力双折射在机械应力作用下，显示光学各向异性在机械应力作用下，显示光学各向异性两偏振光通过厚度为两偏振光通过厚度为d介质后产生的位相差介质后产生的位相差2、克尔效应克尔效应电致双折射电致双折射在强电场作用下
14、，使分子定向排列，获得各向异性在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性应用：光开关应用：光开关. .透光轴相互垂直透光轴相互垂直*14-6 旋光现象旋光现象 线线偏偏振振光光通通过过某某些些透透明明物物质质时时，线线偏偏振振光光的的振振动动面面将将旋旋转转一一定定的的角角度度，这这种种现现象象称称为为振振动动面面的的旋旋转转，也称也称旋光现象旋光现象。. .未放置未放置C，P2后视场黑暗后视场黑暗放置放置C后，旋转后，旋转P2一定角度，视场又变黑暗一定角度，视场又变黑暗1、不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面 向不同方向旋转。向不同方向旋转。右旋物质右旋物质 左旋物质左旋物质2、振动面的旋转角振动面的旋转角 与波长有关，与波长有关， 波长给定则与旋光物质的厚度波长给定则与旋光物质的厚度d 有关。有关。3、偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角
