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1、112光的偏振光的偏振 1 光的偏振性光的偏振性 马吕马吕斯定律斯定律一一. .光的偏振状态光的偏振状态1. 1. 线偏振光线偏振光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线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解垂直的方向分解EEyEx yx 线偏振光的表示法：线偏振光的表示法： 光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面2. . 自然光自然光自然光的光矢量在所有可自然光的光矢量在所有可能的方向上能的方向上,且振幅且振幅E相等相等.光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振3EEyEx yx 线偏振光的表示法：线偏振光的表示法： 光振动垂直板面光振动
2、垂直板面光振动平行板面光振动平行板面2. . 自然光自然光自然光的光矢量在所有可自然光的光矢量在所有可能的方向上能的方向上,且振幅且振幅E相等相等.没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解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、等等幅幅的的、不相干的线偏振光。不相干的线偏振光。自然光的表示法：自然光的表示法：3. 3. 部分偏振光部分偏振光某一方向的光振动比与之相某一方向的光振动比与之相光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律4没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解一一束束自自然然光光可可分分
3、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、等等幅幅的的、不相干的线偏振光。不相干的线偏振光。自然光的表示法：自然光的表示法：3. 3. 部分偏振光部分偏振光某一方向的光振动比与之相某一方向的光振动比与之相垂直方向的光振动占优势垂直方向的光振动占优势的光的光.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、不不等等幅幅的的、不不相相干干的的线线偏偏振振光光. .部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定
4、律马吕斯定律马吕斯定律5 垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直方向的光振动占优势垂直方向的光振动占优势的光的光.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、不不等等幅幅的的、不不相相干干的的线线偏偏振振光光. .部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强4.4.圆圆偏偏振振光光和和椭椭圆圆偏偏振光振光偏振面随时间旋转的偏振面随时间旋转的光为圆或光为圆或椭圆偏振光椭圆偏振光.迎着光线看迎着光线看,光矢量顺光矢量顺时针旋转为右旋偏振光时针旋转为右旋偏振光.右旋椭圆
5、右旋椭圆偏振光偏振光光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律6 垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强4.4.圆圆偏偏振振光光和和椭椭圆圆偏偏振光振光偏振面随时间旋转的偏振面随时间旋转的光为圆或光为圆或椭圆偏振光椭圆偏振光.迎着光线看迎着光线看,光矢量顺光矢量顺时针旋转为右旋偏振光时针旋转为右旋偏振光.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某时刻左旋圆偏振光某时刻左旋圆偏振光E随随z的变化的变化E01. . 起偏和检偏起偏和检偏二二. . 偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏起偏起偏:从自然光获得偏振从自然光获得偏振光光.
6、起偏原理起偏原理:利用某种光学利用某种光学的不对称性的不对称性.起偏器起偏器: :起偏的光学器件起偏的光学器件光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律7 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻左旋圆偏振光某时刻左旋圆偏振光E随随z的变化的变化E01. . 起偏和检偏起偏和检偏二二. . 偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏起偏起偏:从自然光获得偏振从自然光获得偏振光光.起偏原理起偏原理:利用某种光学利用某种光学的不对称性的不对称性.起偏器起偏器: :起偏的光学器件起偏的光学器件2. . 偏振片偏振片如利用某些物质能吸收某如利用某些物质能吸收某一方向
7、的光振动一方向的光振动,而让与这而让与这个方向垂直的光振动通过个方向垂直的光振动通过的性质的性质(二向色性二向色性)制成起制成起偏器偏器.检偏检偏:检验偏振光检验偏振光,起偏器起偏器也就是检偏器也就是检偏器.这种起偏器叫偏振片这种起偏器叫偏振片. 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光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律82. . 偏振片偏振片如利用某些物质能吸收某如利用某些物质能吸收某一方向的光振动一方向的光振动,而让与这而让与这个方向垂直的光振动通过个方向垂直的光振动通过的性质的性质(二向色性二向色性)制成起制成起偏器偏器
8、.检偏检偏:检验偏振光检验偏振光,起偏器起偏器也就是检偏器也就是检偏器.这种起偏器叫偏振片这种起偏器叫偏振片. 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3. 3. 起偏示意图起偏示意图自然光自然光I0线偏振光线偏振光 IP 偏振化方向偏振化方向 (透光方向透光方向)4. 4. 检偏检偏用偏振器件分析、检验光用偏振器件分析、检验光的偏振态的偏振态. .偏振化方向偏振化方向 (透光方向透光方向)I?P待检光待检光光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律93. 3. 起偏示意图起偏示意图自然光自然光I0线偏振光线偏振光 IP 偏振化方向偏
9、振化方向 (透光方向透光方向)4. 4. 检偏检偏用偏振器件分析、检验光用偏振器件分析、检验光的偏振态的偏振态. .偏振化方向偏振化方向 (透光方向透光方向)I?P待检光待检光I不变不变？是什么光？是什么光I变，有消光变，有消光？是什么光？是什么光I变，无消光变，无消光？是什么光？是什么光三三. . 马吕斯定律马吕斯定律当偏振片旋转时当偏振片旋转时. 思考：思考： I0IPP E0 E=E0cos 光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律10I不变不变？是什么光？是什么光I变，有消光变，有消光？是什么光？是什么光I变，无消光变，无消光？是什么光？是什么
10、光三三. . 马吕斯定律马吕斯定律当偏振片旋转时当偏振片旋转时. 思考：思考： I0IPP E0 E=E0cos 消光消光马吕斯定律马吕斯定律（18091809）例题例题1有两个偏振片有两个偏振片,一个用作一个用作起偏器起偏器,一个用作检偏器一个用作检偏器.当它们的偏振化方向之间当它们的偏振化方向之间的夹角为的夹角为30时时,一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们,出射出射光光光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律11消光消光马吕斯定律马吕斯定律（18091809）例题例题1有两个偏振片有两个偏振片,一个用作一个用作起偏器起偏器,一个用作检偏器
11、一个用作检偏器.当它们的偏振化方向之间当它们的偏振化方向之间的夹角为的夹角为30时时,一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们,出射出射光光强为强为I1;当它们的偏振化方向当它们的偏振化方向之间的夹角为之间的夹角为60时时,另一束另一束单色自然光穿过它们单色自然光穿过它们,出射出射强度为强度为I2, 且且I 1=I2 . 求两束求两束单色自然光的强度之比单色自然光的强度之比.解解:由马吕斯定律由马吕斯定律I10I10/2I1同理同理:光的偏振性光的偏振性光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律12强为强为I1;当它们的偏振化方向当它们的偏振化方向之间的夹角为之间的夹角
12、为60时时,另一束另一束单色自然光穿过它们单色自然光穿过它们,出射出射强度为强度为I2, 且且I 1=I2 . 求两束求两束单色自然光的强度之比单色自然光的强度之比.解解:由马吕斯定律由马吕斯定律I10I10/2I1同理同理:取取 I1 = I2两束单色自然光的强度比两束单色自然光的强度比为为:2 2 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振 自自然然光光反反射射和和折折射射后后产产生生部部分偏振光分偏振光n1n2i ir一一. . 反射时光的偏振反射时光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振 13取取 I1 = I2两束单色自然光的强度比两束单色自然光的强
13、度比为为:2 2 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振 自自然然光光反反射射和和折折射射后后产产生生部部分偏振光分偏振光n1n2i ir一一. . 反射时光的偏振反射时光的偏振i = = i0 0 时，反射光只有垂时，反射光只有垂直于入射面的光振动直于入射面的光振动. .线偏振光线偏振光n1n2i0i0r0S起偏振角起偏振角且且布儒斯特定律布儒斯特定律( (1812年年) )i 0 0布儒斯特角或起偏角布儒斯特角或起偏角由由 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振 14i = = i0 0 时，反射光只有垂时，反射光只有垂直于入射面的光振动直于入射面的光振动.
14、 .线偏振光线偏振光n1n2i0i0r0S起偏振角起偏振角且且布儒斯特定律布儒斯特定律( (1812年年) )i 0 0布儒斯特角或起偏角布儒斯特角或起偏角由由 有有: i0 0+ +r0 0=90=90O O 若若 n1 1 =1.00 =1.00 ( (空空气气) )，n2 2 =1.50 (=1.50 (玻璃玻璃) )，二二. . 玻璃片堆折射的偏振玻璃片堆折射的偏振当当i = =i0 0时时则则:反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振 15有有: i0 0+ +r0 0=90=90O O 若若 n1 1 =1.00 =1.00 ( (空空气气) )，n
15、2 2 =1.50 (=1.50 (玻璃玻璃) )，二二. . 玻璃片堆折射的偏振玻璃片堆折射的偏振当当i = =i0 0时时则则: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(接近线偏振光接近线偏振光) I I03 3 双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜一一. . 双折射的概念双折射的概念1. .双折射现象双折射现象双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜16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(接近线偏振光接近线偏振光) I I03 3 双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜一一. . 双折射的概念双折射的概念1. .双折射现象双折射现象一束光线进入某种晶体一
16、束光线进入某种晶体,产生两束折射光叫双折产生两束折射光叫双折射射. 方解石方解石oee o n1n2irore(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o光光e光光2.2.寻常光寻常光( (o o光光) )和非寻常和非寻常光光( (e e光光) )双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜17一束光线进入某种晶体一束光线进入某种晶体,产生两束折射光叫双折产生两束折射光叫双折射射. 方解石方解石oee o n1n2irore(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o光光e光光2.2.寻常光寻常光( (o o光光) )和非寻常和非寻常光光( (e e光光) )o o光光 : : 遵从
17、折射定律遵从折射定律e e光光 : : 一一般般不不遵遵从从折折射射定律定律e e光折射线也不一定在光折射线也不一定在入射面内入射面内. .3. 3. 晶体的光轴晶体的光轴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播播时时不不发发生生双双折折射射，该该方方向向称称为为晶晶体体的的光轴光轴。双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜18o o光光 : : 遵从折射定律遵从折射定律e e光光 : : 一一般般不不遵遵从从折折射射定律定律e e光折射线也不一定在光折射线也不一定在入射面内入射面内. .3. 3. 晶体的光轴晶体的光轴当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特
18、特殊殊方方向向传传播播时时不不发发生生双双折折射射，该该方方向向称称为为晶晶体体的的光轴光轴。例如，方解石晶体例如，方解石晶体( (冰洲石冰洲石) )光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向, ,凡凡平平行行于于此此方方向向的的直直线线均均为为光轴光轴. .AB光轴光轴102主主截截面面: : 晶晶体体表表面面的的法法线线与与晶晶体体光光轴轴构构成成的的平平面面. .如如图图入入射射时时,入入射射面面就就是是主主截截面面.4. 4. 主平面和主截面主平面和主截面双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜19例如，方解石晶体例如，方解石晶体( (冰洲石冰洲石) )光光轴轴是是一一特特
19、殊殊的的方方向向, ,凡凡平平行行于于此此方方向向的的直直线线均均为为光轴光轴. .AB光轴光轴102主主截截面面: : 晶晶体体表表面面的的法法线线与与晶晶体体光光轴轴构构成成的的平平面面. .如如图图入入射射时时,入入射射面面就就是是主主截截面面.4. 4. 主平面和主截面主平面和主截面10971法线法线入射线入射线主截面主截面光轴光轴主平面主平面: : 晶晶体体中中光光的的传传播播方方向向与与晶体光轴构成的平面晶体光轴构成的平面. . 一般情况下一般情况下, o主平面主平面与与e主平面是不重合的主平面是不重合的.实验表明实验表明:o光是光矢量与光是光矢量与o主平面主平面垂直的线偏振光垂直
20、的线偏振光.双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜2010971法线法线入射线入射线主截面主截面光轴光轴主平面主平面: : 晶晶体体中中光光的的传传播播方方向向与与晶体光轴构成的平面晶体光轴构成的平面. . 一般情况下一般情况下, o主平面主平面与与e主平面是不重合的主平面是不重合的.实验表明实验表明:o光是光矢量与光是光矢量与o主平面主平面垂直的线偏振光垂直的线偏振光.光轴光轴光轴光轴e e光是光矢量与光是光矢量与e e主平面平主平面平行的线偏振光行的线偏振光. .当光轴在入射面内时当光轴在入射面内时,主截主截面面,o主平面主平面,e主平面都重主平面都重合合.o光光法线法
21、线e光光法线法线o光光e光光二二. .惠更斯原理对双折射惠更斯原理对双折射 的解释的解释双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜21光轴光轴光轴光轴e e光是光矢量与光是光矢量与e e主平面平主平面平行的线偏振光行的线偏振光. .当光轴在入射面内时当光轴在入射面内时,主截主截面面,o主平面主平面,e主平面都重主平面都重合合.o光光法线法线e光光法线法线o光光e光光二二. .惠更斯原理对双折射惠更斯原理对双折射 的解释的解释1.1.晶晶体体的的主主折折射射率率，正正晶晶体、负晶体体、负晶体vo t光轴光轴 在在双双折折射射晶晶体体中中, ,o o光光沿沿各各向向传传播播的的速速
22、度度相相同同, ,故故o o波波波波面面为为球球面面; ;e e光光沿沿各各向向的的传传播播速速度度不不同同, ,e e波波面面为为椭椭球球面面. .两两者者沿沿光光轴轴方向传播速度相同方向传播速度相同. .o光光: :双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜221.1.晶晶体体的的主主折折射射率率，正正晶晶体、负晶体体、负晶体vo t光轴光轴 在在双双折折射射晶晶体体中中, ,o o光光沿沿各各向向传传播播的的速速度度相相同同, ,故故o o波波波波面面为为球球面面; ;e e光光沿沿各各向向的的传传播播速速度度不不同同, ,e e波波面面为为椭椭球球面面. .两两者者沿沿
23、光光轴轴方向传播速度相同方向传播速度相同. .o光光: :光轴光轴ve tvo te光光: : 正晶体正晶体 : : ne no负晶体负晶体 : : ne e no o( (ve vo o) )n0 0 ，ne称为晶体的主折射称为晶体的主折射率率子波源子波源vo tve t光轴光轴vo tve t光轴光轴 正晶体正晶体 (vo ve) 负负晶晶体体 (vo no负晶体负晶体 : : ne e no o( (ve vo o) )n0 0 ，ne称为晶体的主折射称为晶体的主折射率率子波源子波源vo tve t光轴光轴vo tve t光轴光轴 正晶体正晶体 (vo ve) 负负晶晶体体 (vo 69
24、,全反射全反射. .两尼科耳棱镜的主截面间两尼科耳棱镜的主截面间的夹角由的夹角由30转到转到45.(1)当当入射光是自然光时入射光是自然光时,求转求转动前后透射光的强度之比动前后透射光的强度之比;(2)当入射光是线偏振光当入射光是线偏振光时时,求转动前后透射光的求转动前后透射光的强度之比强度之比.例题例题2双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜25o光光:而而i =76 69,全反射全反射. .两尼科耳棱镜的主截面间两尼科耳棱镜的主截面间的夹角由的夹角由30转到转到45.(1)当当入射光是自然光时入射光是自然光时,求转求转动前后透射光的强度之比动前后透射光的强度之比;(2)
25、当入射光是线偏振光当入射光是线偏振光时时,求转动前后透射光的求转动前后透射光的强度之比强度之比.例题例题2(1)入射光为自然光夹角入射光为自然光夹角为为30时时夹角为夹角为45时时所以所以(2)入射光为线偏振光入射光为线偏振光夹角为夹角为30时时解解:尼科耳棱镜出射为振动尼科耳棱镜出射为振动面在主截面内的线偏振光面在主截面内的线偏振光.主截面即偏振化方向主截面即偏振化方向.双折射双折射双折射双折射 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜26(1)入射光为自然光夹角入射光为自然光夹角为为30时时夹角为夹角为45时时所以所以(2)入射光为线偏振光入射光为线偏振光夹角为夹角为30时时解解:尼科耳棱镜出射为
26、振动尼科耳棱镜出射为振动面在主截面内的线偏振光面在主截面内的线偏振光.主截面即偏振化方向主截面即偏振化方向.夹角为夹角为4545时时所以所以4 旋光旋光现象现象一一. . 物质的旋光性物质的旋光性线偏振光通过某些物质，线偏振光通过某些物质，其振动面发生旋转其振动面发生旋转旋光现象旋光现象旋光现象旋光现象27夹角为夹角为4545时时所以所以4 旋光旋光现象现象一一. . 物质的旋光性物质的旋光性线偏振光通过某些物质，线偏振光通过某些物质，其振动面发生旋转其振动面发生旋转 旋光物质旋光物质 l 旋光率旋光率对固体的旋光物质对固体的旋光物质: : 溶液的浓度溶液的浓度可制成可制成“量糖计量糖计”二二. . 量糖术量糖术对溶液有对溶液有 溶液的旋光率溶液的旋光率人为双折射人为双折射现象现象旋光现象旋光现象旋光现象旋光现象28谢谢 谢谢 ！
