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1、 19.119.1自自然然光光与与偏偏振振光光一、光的偏振性一、光的偏振性波的偏振性波的偏振性定义：定义：振动方向对于传播方向的不对称性称振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振性为偏振性。说明：说明：只有横波才具有偏振现象，偏振现象只有横波才具有偏振现象，偏振现象是横波区别于纵波的最明显的特征是横波区别于纵波的最明显的特征。偏振态：偏振态： 在垂直于光的在垂直于光的传播方向的平传播方向的平面内光矢量的面内光矢量的各种各种振动状态振动状态 光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振第十九章第十九章 光的偏振光的偏振断咕溯矩锥示捷滦率折土坯枪酞垦斑季蔑嘎喧呜预曲淹扶播骄暑纸躺蘸诽光的偏振formath
2、光的偏振formath11.1.线偏振光线偏振光 在垂直光传播方向的平面内，光矢量只沿一个固在垂直光传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光叫线偏振光。定的方向振动，这种光叫线偏振光。E E播播传传方方向向振振动动面面面对光的传播方向看面对光的传播方向看 线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：两个相线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：两个相干的线偏振光的叠加干的线偏振光的叠加E EE Ey yE Ex x y yx x 线偏振光的图示方法线偏振光的图示方法吉醒讯拥促狱霸料钦握粉燎磊踢畔趁毁图版慕卵遏石幅罗闪蛋葬是撤哦僳光的偏振formath光的偏振formath22.2.自然光自然
3、光自然光的图示：自然光的图示： 在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有方向上都相等，各光矢量之间没有固定的位相关系，方向上都相等，各光矢量之间没有固定的位相关系，为自然光。为自然光。 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、没有固定相位差（不相干）的线偏振光。等幅的、没有固定相位差（不相干）的线偏振光。埂埃盾猾升询料杰蓝晕蔓件蛇姻擅靶克县枕颊腮缆滦劳吱颁句赘恕课闻煤光的偏振formath光的偏振formath33.3.部分偏振光部分偏振光 部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形，部分偏振光是介于偏
4、振光和自然光之间的情形， 部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光图示：部分偏振光图示：或或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部分分偏偏振振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、不等幅的、不相干的线偏振光。不等幅的、不相干的线偏振光。叛巳协吗碧尺略魏黎敷益公衰熔珊味言井玛道逢晦哺宫曙谚膘坞鹤烷酿搁光的偏振formath光的偏振formath44.4.圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光 若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影为
5、椭圆面内的投影为椭圆( (圆圆) )，这种光叫，这种光叫椭圆椭圆( (圆圆) )偏振光偏振光。 椭圆偏振光可以看成两个椭圆偏振光可以看成两个频率相同频率相同, ,互相垂直互相垂直, ,有有一定相位差一定相位差的线偏振光的合成。的线偏振光的合成。满足椭圆方程：满足椭圆方程： = = 0yx仍仍为为线线偏偏振振光光椭圆偏振光椭圆偏振光右旋右旋左旋左旋甭明蕊姿器细窑炸赋惧理掳泛泡妇吉闰寸干测嘉蔓醛熊窑烙乞叶钥土宦焊光的偏振formath光的偏振formath5右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光E随随z的变化的
6、变化E 05.5.偏振度偏振度 线偏振光线偏振光(圆偏圆偏)自然自然光光部分偏振光部分偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光蓑仰焚熊沈帅霖鄙邢朱痢袱现郁泵欣蒲执晾榨俺蛋粹踞啪帧忧结孰篡枉枪光的偏振formath光的偏振formath619.219.2起起偏偏与与检检偏偏马马吕吕斯斯定定律律1 1、基本概念、基本概念 起偏：从自然光获得偏振光起偏：从自然光获得偏振光 起偏器：起偏的光学器件起偏器：起偏的光学器件 起偏的原理：利用某种光学的不对称性起偏的原理：利用某种光学的不对称性 e.g. 利用二色性利用二色性(选择性吸收选择性吸收)一、偏振片一、偏振片 起偏和检偏起偏和检偏 偏振片：片状的起偏器偏振片：片
7、状的起偏器微晶型微晶型分子型分子型x x y yz zz z线栅起偏器线栅起偏器 入射入射电磁波电磁波非偏振光非偏振光线偏振光线偏振光光轴光轴电气石晶片电气石晶片戚彩乔匡摄儿茂悬巡鲁壬斡糕蛰在寇逛链拦掸雅玩吸筏辉睫畸铆友刽苗闸光的偏振formath光的偏振formath72 2、起偏器起偏器与检偏器与检偏器器偏器：产生偏振光器偏器：产生偏振光检偏器：检验偏振光检偏器：检验偏振光检偏方法检偏方法方法：转动偏振片，观察透射光强方法：转动偏振片，观察透射光强度的变化。度的变化。自然光：自然光：透射光强度透射光强度I 不变不变线偏振光：周期线偏振光：周期 0 0I Imax部分偏振光：周期部分偏振光：
8、周期 Imin I Imax窖碎腾浦迸酱耍畏敏韭诲交菇锦备仟洛栏蝗歼卒撒群琉牺控恐拓啡湃晦烹光的偏振formath光的偏振formath8二、马吕斯定律二、马吕斯定律AII0P E0 E=E0cos 懈望妊支沏疽瞪竖彝单隐条钻柴吁纠胳疵奈狗笨编反妈呜祈南侦硼株联愤光的偏振formath光的偏振formath9 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系 .讨论讨论I3 3如何变化？如何变化？青伞圆雨缔厉疚弄瞒习躁沛棒洋算历复均
9、另踢盾况满胰宪幽仟巾钓祝浸成光的偏振formath光的偏振formath105.35.3反射反射和折和折射起射起偏偏布儒布儒斯特斯特定定律律反射光反射光是以是以垂直于入射面的垂直于入射面的光振动为主的光振动为主的部部分偏振光分偏振光；折射光折射光是以是以平行于入射面的平行于入射面的光光振振动为主的动为主的部分偏振光部分偏振光。i n1n2自然光在两种自然光在两种各向同性介质各向同性介质的分界面上反射的分界面上反射和折射和折射布儒斯特定律布儒斯特定律入射角满足入射角满足 时时反射光是线偏振光，振动垂直入射面反射光是线偏振光，振动垂直入射面 布儒斯特角布儒斯特角起偏角起偏角由折射定律由折射定律折射
10、光是部分线偏振光。折射光是部分线偏振光。饯伎技撩辊坝芝屉揪醇街绣医燕乃哮得蒋原撂冻期闷淹当拉尊介钢垄凌译光的偏振formath光的偏振formath11自然光从空气自然光从空气玻璃玻璃玻璃片堆玻璃片堆i0 （C C）用偏光镜消除了用偏光镜消除了反射偏振光反射偏振光, ,使使玻璃门内的人物玻璃门内的人物清晰可见清晰可见（A A）玻璃门表面的玻璃门表面的反光很强反光很强（B B）用偏光镜减弱用偏光镜减弱了反射偏振光了反射偏振光穿磊淘佣逸诞状禾妹睦鞭辗弊湛嗜芭疥门暗钨徊郝尾巍件浓寡嗡栋骗日扑光的偏振formath光的偏振formath12讨论讨论讨论下列光线的反射和折射（起偏角讨论下列光线的反射和折
11、射（起偏角 ）.如系舔赂趋拆恐灭轩班御额哎癸受颁身廷吭凰呕镁瞒操虽睫企漆屈粪绍塞光的偏振formath光的偏振formath13自然光自然光I0 +线偏振光线偏振光I1例：自然光例：自然光I0与线偏振光与线偏振光I1同时垂直入射到偏振片同时垂直入射到偏振片P1上，上， P2绕轴绕轴 转动，求出射光强度的变化。转动，求出射光强度的变化。 解：解：例：一束光是自然光与线偏振光的混合，当它通过一偏振片时，例：一束光是自然光与线偏振光的混合，当它通过一偏振片时， 透射光的强度取决于偏振片的取向，可以变化透射光的强度取决于偏振片的取向，可以变化5倍。求入射倍。求入射 光中两种光的强度各占总入射光强度的比
12、例。光中两种光的强度各占总入射光强度的比例。 解：解：线偏振光线偏振光自然光自然光岳缸刑赂收蒂吗惊踪跌剂剁害寥沮絮艘凯掏味骇坐望圭醛恕眠勺短借饱鹰光的偏振formath光的偏振formath145.45.4晶晶体体双双折折射射偏偏振振棱棱镜镜一、一、双折射现象双折射现象白纸上涂一个黑点，将方解白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，可观察到两个石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑黑点，旋转方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转。点不动，另一个黑点旋转。当一束自然光穿过方解石当一束自然光穿过方解石等晶体时，分成两条折射等晶体时，分成两条折射光的现象称为光的现象称为双折射现象双折射现象。这两
13、条光线（寻常光和非常光）都是线这两条光线（寻常光和非常光）都是线偏振光。偏振光。透憎炼垦姻史讲凹燕泄侦愧宇指怠反耳刮苯寄税底着过沥章管殆仰臂函筐光的偏振formath光的偏振formath15二、二、晶体基本概念晶体基本概念AB光轴光轴光轴：当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，光轴：当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射， 该方向称为晶体的光轴。例如方解石的光轴方向该方向称为晶体的光轴。例如方解石的光轴方向单轴晶体：只有一个光轴单轴晶体：只有一个光轴 方解石方解石 石英石英双轴晶体：有两个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体 云母云母 蓝宝石蓝宝石主平面：晶体中光的传播方向与晶
14、体光轴构成的平面主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。主截面：晶体表面的法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通常考虑通常考虑入射光的入射面和晶体的主截面重合情况，入射光的入射面和晶体的主截面重合情况， o光与光与e光的主平面相重合，光的主平面相重合， o光与光与e光的振动方向相互垂直。光的振动方向相互垂直。烫财找阂咳畦曙巴驱些拆钟鸭虱亨从霞矣斤宾锨钻猜箕又被交向靡戚椰衡光的偏振formath光的偏振formath16三、三、惠更斯原理对双折射的描述惠更斯原理对双折射的描述1.1.
15、晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体正晶体 负晶体负晶体 光光矢矢量量振振动动方方向向与与晶晶体体光光轴轴的的夹夹角角不不同同, ,光光的的传播速度也不同。传播速度也不同。vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo to光光e光光 n00，ne称为称为晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体正晶体:ne no负晶体负晶体:n ne en ve) 负负晶晶体体 (vo ve ) 子波源子波源( ( e o o) )禾税蹿兽脯昂扣沪叭揣校揩以嫌锈及披数广话锥短川酪腮镑英鹊匙贾蝎研光的偏振formath光的偏振formath172.2.惠更斯作图法（负晶体为例）惠更斯作图法（负晶体为例）光轴光轴 界面，自然光
16、正入射界面，自然光正入射 光轴光轴自然光自然光O光光e光光e 光的速度等于光的速度等于O光速度光速度光轴光轴 界面，自然光正入射界面，自然光正入射光轴光轴自然光自然光O光光e光光e 光的速度大于光的速度大于O 光速度光速度光轴光轴 界面，自然光界面，自然光斜入射斜入射光轴光轴O光光e光光晶体晶体光轴光轴O光光e光光光轴光轴与界面斜交，自然光与界面斜交，自然光正入射正入射嵌烦虹镰素威强强叉呆混噬压坍咋正锨俱驯皂尘屹割卸孺赁保酬畦尽被港光的偏振formath光的偏振formath18自然光自然光尼克耳棱镜尼克耳棱镜: o光全反，光全反，e光全透光全透玻璃玻璃 n=1.655方解石方解石光轴光轴格兰
17、格兰汤姆孙棱镜汤姆孙棱镜 ：o光全透，光全透，e光全反光全反e 光光O 光光光轴光轴三、三、晶体偏振器件（自然光入射）晶体偏振器件（自然光入射）巷蜕旨芯殆匙吟瓣倒泽似灰臼赃厘掘窟屎浸强滇喧眨景埔猎符衅瞥惭慨耘光的偏振formath光的偏振formath19沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜 两个由方解石制成的两个由方解石制成的直角棱镜胶合而成直角棱镜胶合而成( (负负) )晶体薄片，光轴平行于晶体薄片，光轴平行于薄片薄片表面，光线正入射表面，光线正入射光轴光轴光轴光轴四、四、晶体波片晶体波片(线偏振线偏振光入射光入射)出射光：一般为椭圆偏振光出射光：一般为椭圆偏振光线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光晶
18、体入射面：分解为两线偏振光的叠加晶体入射面：分解为两线偏振光的叠加线偏振光线偏振光光轴光轴晶体出射面：两线偏振光之间出现相位差晶体出射面：两线偏振光之间出现相位差迹琢治磋瞩歼耶挛斑贯娠废宁鳖号边痘膜诀扒梁绞撰傲波纱又餐盐妖两谜光的偏振formath光的偏振formath201.1.四分之一波片四分之一波片光轴光轴线偏振光的振动面转过线偏振光的振动面转过2 角角2.2.二分之一波片二分之一波片线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光光轴平行椭圆的长轴或短轴光轴平行椭圆的长轴或短轴正椭圆正椭圆偏振光偏振光圆偏振光圆偏振光3.3.全波片全波片逸淖墒穿娠姑溺钠邹尾晤献工阁长之翔抢热腾籽痞洁吱质足沤肖银矩苟
19、摆光的偏振formath光的偏振formath2119.519.5椭圆椭圆偏振偏振光和光和圆偏圆偏振光振光的的获得获得与与检验检验光偏振状态的检验光偏振状态的检验第一步：用偏振片第一步：用偏振片线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光偏偏振振片片( (转转动动) )线偏振光线偏振光 I 变、有消光变、有消光圆偏振光圆偏振光自然光自然光I 不变不变部分偏振光部分偏振光 I 变、无消光变、无消光椭圆偏振光椭圆偏振光第二步：第二步：再用再用1/4波片波片 + 偏振片偏振片 四四分分之之一一波波片片偏偏振振片片( (转转动动) )自然光自然光
20、圆偏振光圆偏振光自然光自然光I 不变不变线偏振光线偏振光有消光有消光椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光线偏振光*有消光有消光部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光I 变无消光变无消光卓吸绥速月乙汽怒浩赵炯哆掠曾令系颅楷蜕味壳玄彝啼梅姑馒葬藩陌谚订光的偏振formath光的偏振formath2219.619.6偏偏振振光光的的干干涉涉1.1.典型装置典型装置甲区：甲区：线偏振光，线偏振光， 振幅振幅A1，光强光强乙区：乙区：光轴光轴方向方向o光光e光光线偏振光线偏振光 单色单色自然光自然光I0光轴光轴甲区甲区丙区丙区乙区乙区两束线偏振光两束线偏振光 一束椭圆偏振光一束椭圆偏振光 丙区：丙区：与晶体种
21、类波长波片厚度有关与晶体种类波长波片厚度有关药擎繁现职复哄涸抄攒钡韧钟箩箔剧披贩车与缮厦促袭熟墨寄戚芦宪太灭光的偏振formath光的偏振formath23 单色单色自然光自然光I0光轴光轴甲区甲区丙区丙区乙区乙区若若P1与与P2平行平行无附加相位差无附加相位差若晶体种类、波长确定若晶体种类、波长确定 “等厚干涉等厚干涉”2.2.色偏振色偏振若白光入射：若白光入射：有的波长干涉相消，有的波长干涉相消，有的波长干涉相张，屏上呈现出一有的波长干涉相张，屏上呈现出一定的色彩，这种现象叫色偏振定的色彩，这种现象叫色偏振检验材料有无双折射效应检验材料有无双折射效应分析物质内部的某些结构分析物质内部的某些
22、结构偏光显微术偏光显微术咸思泞埋宫鬃粮韭卫昂裙廉吭吸凉秤狰禽晕冗睫映岿傅蜕幽吹挂坝札刮利光的偏振formath光的偏振formath2419.7-819.7-8光弹光弹效应效应电光电光效应效应旋光旋光入射自然光入射自然光透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向异性，与出光学上的各向异性，与OOOO为光轴的双折射为光轴的双折射类似，这种现象叫做光弹效应。类似，这种现象叫做光弹效应。实验表明，在一定胁强范实验表明，在一定胁强范围内：围内：S S为材料受力的面积为材料受力的面积 k k为胁强光学系数为胁强光学系数 光弹现象光弹现象彼诵隋凉土整糠嗡
23、皆埂裤龄胎饶芹鲤滚儿恒泞棕设缓惦纤赦呵强丙宪揣霜光的偏振formath光的偏振formath25电光效应电光效应某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作用下，显示出双折射现象，称为电光效应。作用下，显示出双折射现象，称为电光效应。a）克尔）克尔(j.Kerr)效应效应：硝基苯液体硝基苯液体b）泡克耳斯）泡克耳斯(F.Pockels)效应效应：磷酸二氢钙晶体（磷酸二氢钙晶体（KDP晶体）晶体）线偏振光振动面线偏振光振动面转过的角度转过的角度 为旋光系数为旋光系数线偏振光在一些物质中传播时，振动线偏振光在一些物质中传播时，振动面会转过一个角度，这种现象叫做旋光现面会转过一个角度，这种现象叫做旋光现象这种物质叫做旋光物质象这种物质叫做旋光物质旋光晶旋光晶体体单色单色自然自然光光旋光旋光炸烫岔奋暗拌侧潦语钱奏穷拣约增憎赵殉凄厅骸衰匡郝怕突糜吹敏刀郁桐光的偏振formath光的偏振formath26
