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1、17-10偏振光的获得和检测一、偏振光的获得1.布儒斯特定律如果让自然光从折射率为气的介质射向折射率为2的介质而被界面反射，反射光中垂直于入射面的光振动成分将大于处于入射面内 的光振动成分，当入射角等于某一特定角，0时，反射光成为振动面垂直于入射面的线偏振光，并且i0满足*tan 上=,(17-69)这个规律称为布儒斯特定律，i0称为布儒斯特角或起偏角。当入射角为i0时，折射角为，根据折射定律，应有sin;0 勺 云；.(17-70)将这个关系代入式(17-69)，得sin = cos,即兀+S = yC-a,这表示，当入射角为起偏角时，反射光与折射光互相垂直，如图17-40所示。如果自然光从
2、空气射到折射率为1.50的玻璃片上，根据布儒斯特定律，可以求得起偏角为56.3。，此时的折射角为33.7。当自然光以起偏角从一种介质入射到第二种介质的表面上，反射光成为线偏振光，而如果第二种介质没有特殊的吸收作用，那么折射光将成为部分偏振光，并且在入射面内的光振动成分将大于垂直于入射面的 光振动成分。假如让这样的部分偏振光连续几次作同样的反射和折射，最后获得的折射光也必定是线偏振光。图 17-412.晶体的双折射现象在8-7中讨论固体的一般性质时，曾涉及过晶体具有的一种普遍性质，即各向异性。这里我们所要说的各向异性，是在某些透明晶体 中光沿不同的方向具有不同的传播速率，具有这种性质的晶体，称为
3、双折射晶体。我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s,在任意 瞬间光波的波面总是球面。而在均匀的双折射晶体中，点光源s发出的光波波面却有两组，一组是球面，另一组是旋转椭球面，如图13-41 所示。这两组波面在某一方向上彼此相切，如图中qq的方向，这个方向称为晶体的光轴。在一般情况下，当平行自然光垂直入射到晶体的表面时，根据惠更斯原理，被照射的晶体表面上各点都是 发射子波的波源，而子波的波面有球面和椭球面两种，所以子波波面的包络面也应有两种，即球面的包络 面和椭球面的包络面。于是折射光将分成两束，如图13-42(a)所示。由球面的包络面形成的折射光，称为寻 常光，用o表示；由椭球面的包络面形成
4、的折射光，称为非常光，用e表示。寻常光o是遵从折射定律的， 而非常光e不遵从折射定律。如果晶体表面的法线恰好与光轴重合，使垂直入射的自然光正好沿着光轴方 向，这时两种波面的包络面相重合，。光和e光相重合，即不发生双折射现象，如图13-42(b)所示。(b)(a)图 13-42实验表明，当自然光射入双折射晶体时，两束折射光。和e都是线偏振光，并且它们的振动面通常接近于互相垂直。所以，如果能将 寻常光与非常光分开，那么就可以利用双折射晶体由自然光获得线偏振光。通常采用的一种方法是使寻常光或非常光经过全反射而偏转到 一侧，另一束光则无偏转地由晶体出射。尼科耳棱镜就是利用这个道理获得线偏振光的。图17
5、-43表示了一个尼科耳棱镜的示意图。它是由两块方解石(双折射晶体)直角棱镜(图中abd和acd)用加拿大胶粘合而成的。光轴 qqc与端面成48。角。当自然光沿平行于棱ac的方向入射到端面ab后，折射成两束，即寻常光。和非常光e。寻常光。的振动面与截面 abcd垂直，而非常光e的振动面与截面abcd平行。对于寻常光。，方解石的折射率为1.658，加拿大胶的折射率为1.550,因此在方解石 与加拿大胶的界面上发生全反射(入射角为76。，全反射的临界角为69。)。对于非常光e，在此入射方向上方解石的折射率为1.516，加拿大 胶的折射率仍为1.550,不会发生全反射，而进入第二个直角棱镜，并从端面c
6、d出射。这样就得到了线偏振光，光矢量的振动方向如图17-43(b) 箭头所示。3.二向色性晶体(a)(b)光转变为线偏振光。例如，电气石晶体就具有很强的二向色性，当自然光射入有些透明晶体不仅具有双折射现象，而且对o光或e光有不同的吸收作 用，这种晶体称为二向色性晶体。利用二向色性晶体的这种特性，可以将自然图 17-43这种晶体时，发生双折射现象，并对寻常光0有强烈的吸收作用，而对非常光e却吸收很少，所以大部分非常光能够透过。天然单晶体的体积都是很有限的，一般不容易达到使用的要求。人们发现硫酸碘奎宁晶体也具有二向色性，若在被拉伸的塑料基片上 淀积一层硫酸碘奎宁薄膜，片基的应力将使这种物质晶粒的光
7、轴沿一定方向排列。当入射光照射在硫酸碘奎宁晶粒上时，与光轴垂直的电 矢量被强列吸收，极少通过，而与光轴平行的电矢量却吸收很少，较多地通过。将这种薄膜敷在玻璃片上可以制成偏振片。光振动能通过 的方向，就是偏振片的透振方向。偏振片已广泛用作起偏器或检偏器，并在各种偏振光仪器中普遍使用。4.波片波片也称波晶片或相位延迟片。它是从双折射晶体切割下来的平行平面板，其光轴与表面平行。当平行光垂直射到波片上，将被分解为寻常光o和非常光e两种振动，它们的振动方向分别垂直于光轴和平行于光轴，虽然它们在波片中传播方向相同，但传播速率却不同， 因此彼此产生了附加的相位差奴显然，由波片所分解的两种振动的相位差f取决于入射光的波长和波片的厚度。如果波片的厚度正好使某一波长的光产生P/2的相位 差，这样的波片称为1/4波片，椭圆偏振光和圆偏振光都可以利用1/4波片获得。除1/4波片外，还有半波片，它能使两种振动产生兀的附加 相位差。图 17-44如果让线偏振光垂直入射到1/4波片上，那么从波片另一表面出射的 光是椭圆偏振光；如果线偏振光的振动面与1/4波片的光轴成45。角，那么 分解后的o光和e光振幅相等，从晶片的另一表面出射的光则是圆偏振光，如图13-44所示。
