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1、13-10 偏振光的获得和检测偏振光的获得和检测 一、偏振光的获得一、偏振光的获得 1. 布儒斯特定律布儒斯特定律 光从折射率为光从折射率为 n1 的的介质射向折射率为介质射向折射率为 n2 的介质，的介质，当入射角当入射角 等于某一定值等于某一定值 满足：满足：反射光成为振动反射光成为振动方向垂直于入射方向垂直于入射面的完全偏振光。面的完全偏振光。称为起偏角或布鲁斯特角。称为起偏角或布鲁斯特角。1当入射角为起偏角时当入射角为起偏角时，反射光反射光与折射光互相垂直。与折射光互相垂直。n2n1理论实验表明：反射所获得的线偏光仅理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的占入射自然光总能
2、量的7.4%，而约占，而约占85%的垂直分量和全部平行分量都折射的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。到玻璃中。 1.51.51.51.01.01.01.0为了增加折射光的偏振程为了增加折射光的偏振程度，可采用玻璃片堆的办度，可采用玻璃片堆的办法。让自然光以起偏角法。让自然光以起偏角56.3入射到入射到20层平板玻璃层平板玻璃上，如图：上，如图：在玻璃片下表面处的反射，其入射角在玻璃片下表面处的反射，其入射角33.7 也正是光也正是光从玻璃射向空气的起偏振角，所以反射光仍是垂直从玻璃射向空气的起偏振角，所以反射光仍是垂直于入射面振动的偏振光。于入射面振动的偏振光。22. 晶体的双折射现象晶体
3、的双折射现象 QSo波面波面e波面波面光轴光轴晶体中光沿不同的方向具有不同的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，传播速率，具有这种性质的晶体，称为称为双折射晶体双折射晶体。 寻常光寻常光：对于晶体一切方向都具有相同的折射率（即波速：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，简称它为相同），且在入射面内传播，简称它为o光。光。 o光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。非常光非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一 定在入射面内
4、传播，简称为定在入射面内传播，简称为 e 光。光。 e光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。实验表明实验表明: 当自然光射入双折射晶体时，两束折射光当自然光射入双折射晶体时，两束折射光o和和e都都是线偏振光，并且它们的振动面通常接近于互相垂直。是线偏振光，并且它们的振动面通常接近于互相垂直。 3 尼科耳棱镜尼科耳棱镜ACNM光轴在光轴在ACNM平面内方向与平面内方向与AC成成68，入射面取，入射面取ACNM面面两块特殊要求加工的直角方解石，如图所示：两块特殊要求加工的直角方解石，如图所示： 加拿大树胶的折射率加拿大树胶的折射率n
5、=1.55，o光入射角大于其临界角光入射角大于其临界角arcsin(1.55/1.658)=6912,被全反射被全反射,在在CN处为涂黑层所吸收。处为涂黑层所吸收。出射偏振方向在出射偏振方向在ACNM平面平面内的偏振光内的偏振光。e76O方解石的折射率方解石的折射率no=1.6581.658, 226843. 二向色性晶体二向色性晶体 二向色性晶体也具有各向异性、双折射的特点，同二向色性晶体也具有各向异性、双折射的特点，同时有选择吸收的性能。例如，电气石对时有选择吸收的性能。例如，电气石对o 光的吸收光的吸收能力特别强，结果就只剩下能力特别强，结果就只剩下e 光穿出晶体。光穿出晶体。厚度为厚度
6、为d ,光轴与两个表面平行光轴与两个表面平行的双折射晶体薄片称为波片。的双折射晶体薄片称为波片。当自然光垂直入射时，由晶体当自然光垂直入射时，由晶体出射的是振动方向相互垂直的出射的是振动方向相互垂直的线偏振光，它们沿原入射方向线偏振光，它们沿原入射方向同向传播，但传播速度不同。同向传播，但传播速度不同。4. 波片波片(波晶片或相位延迟片波晶片或相位延迟片) eO光轴光轴d对于方解石晶体对于方解石晶体e光比光比o光快。光快。对于石英晶体对于石英晶体e光比光比o光慢。光慢。5 o光和光和e 光到达波片另一表面时，必然有相位差光到达波片另一表面时，必然有相位差， 取决于波长和波片厚度。取决于波长和波
7、片厚度。当当=2 时时, 为全波片；为全波片； 当当= 时时, 为半波片；为半波片； 当当= /2时时,为为1/4波片。波片。二、偏振片的检测二、偏振片的检测1. 马吕斯定律马吕斯定律 将一束强度为将一束强度为I0的线偏振光射到偏振片上，如果振动的线偏振光射到偏振片上，如果振动方向与偏振片的透振方向的夹角为方向与偏振片的透振方向的夹角为 ，则透射光强为，则透射光强为 这个结论就是这个结论就是马吕斯马吕斯(E.L.Malus）定律定律。 *2. 椭圆偏振光和圆偏振光的检椭圆偏振光和圆偏振光的检测测 无法用偏振片鉴别，只能利用无法用偏振片鉴别，只能利用1/4波片根据消光现象辨认。波片根据消光现象辨认。6 例例1:某透明介质在空气中的布儒斯特角某透明介质在空气中的布儒斯特角i0 = 58.0 ，求它在水中的布儒斯特角，已知水的折射率为求它在水中的布儒斯特角，已知水的折射率为1.33。 解解: 根据布儒斯特定律根据布儒斯特定律得得在水中的布儒斯特角为在水中的布儒斯特角为 7 例例2:光强为光强为I0的自然光连续通过两个偏振片后的自然光连续通过两个偏振片后, ,光强变光强变为为I0 / 4，求这两个偏振片的透振方向之间的夹角。求这两个偏振片的透振方向之间的夹角。 解解: 根据马吕斯定律，有根据马吕斯定律，有将将I = I0 / 4，代入上式，得代入上式，得 8
