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1、光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章1第第5章章光的偏振光的偏振（PolarizationofLight）光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，光光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，光的偏振现象证实了光的横波性。这些都是对光的的偏振现象证实了光的横波性。这些都是对光的波动理论的有力证明。波动理论的有力证明。在光与物质相互作用时，横波振动着的电在光与物质相互作用时，横波振动着的电矢量起主要作用，电矢量的各种振动状态使光矢量起主要作用，电矢量的各种振动状态使光具有各种偏振态。具有各种偏振态。E H v 光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章2第一节第一节自然光与
2、偏振光自然光与偏振光第二节第二节线偏振光与部分偏振光线偏振光与部分偏振光第三节第三节单轴晶体的双折射现象单轴晶体的双折射现象第四节第四节光在晶体中的波面光在晶体中的波面第五节第五节光在晶体中的传播方向光在晶体中的传播方向第六节第六节偏振器件偏振器件第七节第七节椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光第八节第八节偏振态的实验检验偏振态的实验检验第九节第九节偏振光的干涉偏振光的干涉*第十节第十节光弹性效应和电光效应光弹性效应和电光效应*第十一节第十一节旋光现象旋光现象*第十二节第十二节 偏振态的矩阵表述偏振态的矩阵表述光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章35.1.1 5.1.1
3、 光的偏振性光的偏振性横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。 5.1 5.1 自然光与偏振光自然光与偏振光 偏振：偏振：波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章4 沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对称性，即：同，具有对称性，即：纵波的振动相对于传播方向纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。是轴对称的。振动面：振动面：振动方向与传播方向组成的平面。振动方向与传播方向组成的平面。 这就是说，横波具
4、有偏振性，而纵波不具备偏这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏振性。振性。 光是横波，应该具有偏振性。光是横波，应该具有偏振性。光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章5 光光是是横横波波, ,光光的的振振动动方方向向应应始始终终与与光光的的传传播播方方向向垂垂直直. .但但是是, ,当当光光的的传传播播方方向向确确定定以以后后，在在垂垂直直于于光光的的传传播播方方向向的的平平面面内内, , 光光振振动动的的方方向向仍仍然然具具有有不不确确定定性性，也也就就是是说说，光光矢矢量量还还可可以以有有不不同同的的振振动动状状态态，我我们们称称在在垂垂直直于于光光传传播播方方向向的的
5、二二维维平平面面内内，光光矢矢量量的的振振动动状状态态叫叫做做光光波的偏振态波的偏振态. .光波按偏振态来划分，可分为五种：光波按偏振态来划分，可分为五种： （1）自然光；（）自然光；（2）部分偏振光；（）部分偏振光；（3）线偏振光；）线偏振光；（4）圆偏振光；（）圆偏振光；（5）椭圆偏振光。）椭圆偏振光。也可以是以上几种偏振状态的组合。也可以是以上几种偏振状态的组合。光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章61.1.自然光自然光 普普通通光光源源中中包包含含许许许许多多多多分分子子和和原原子子, ,不不同同的的原原子子或或分分子子所所发发出出的的光光波波, ,或或同同一一原原
6、子子不不同同时时刻刻所所发发光光波波, ,其振动方向、振幅、初始相位各不相同其振动方向、振幅、初始相位各不相同. . 在在垂垂直直于于光光传传播播方方向向的的平平面面内内, , 在在观观测测时时间间间间隔隔内内, ,光光振振动动在在各各个个方方向向的的几几率率相相同同, ,没没有有哪哪一一个个方方向占更大向占更大优势优势. . 这这种光称种光称为为自然光自然光. .电电矢矢量量对对于于光光的的传传播播方方向向是是轴轴对对称称分分布布的的. .即即沿沿着着各各个个方方向向振振动动的振幅都相等。如的振幅都相等。如图图自然光自然光实际普通光源发出的光都属于实际普通光源发出的光都属于自然光自然光。（激
7、光除外）。（激光除外）光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章7自然光自然光由于这些光振动来自不同的原子或分子，因此它们由于这些光振动来自不同的原子或分子，因此它们之间没有固定的相位关系，故不可能进行矢量合成。之间没有固定的相位关系，故不可能进行矢量合成。对自然光，若把所有方向上的光振动都投影到相互对自然光，若把所有方向上的光振动都投影到相互垂直的两个方向上则在这两个方向上的平均振幅相等。垂直的两个方向上则在这两个方向上的平均振幅相等。注意注意两个互相两个互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的.分解的结果是一样的分解的结果是一样的.由此可见，自然光可以分解为两个强度相等，振动由此
8、可见，自然光可以分解为两个强度相等，振动方向相互垂直的独立的光振动。方向相互垂直的独立的光振动。光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章8自然光的一种表示方法自然光的一种表示方法但是注意：自然光的上述分解后，两个相互垂直的振动分但是注意：自然光的上述分解后，两个相互垂直的振动分量之间，量之间，由于没有确定的相位关系由于没有确定的相位关系由于没有确定的相位关系由于没有确定的相位关系，所以不能合成一个单，所以不能合成一个单独的矢量。独的矢量。若自然光的强度为若自然光的强度为I0，则，则由此可得：由此可得： 一束自然光可等效为一束自然光可等效为: 光光振动方向相互垂直、等振幅、互振动
9、方向相互垂直、等振幅、互不相干、光强度各占一半的两束光不相干、光强度各占一半的两束光.v自然光的等效方法自然光的等效方法 表示该光的振动面就在纸平面内。表示该光的振动面就在纸平面内。 表示该光的振动方向垂直于纸平面；表示该光的振动方向垂直于纸平面；光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章9如果光在传播光程中电矢量的振动只限于某一确定平面内，即只如果光在传播光程中电矢量的振动只限于某一确定平面内，即只沿一个固定方向振动时，这种光称为沿一个固定方向振动时，这种光称为线偏振光线偏振光(完全偏振光完全偏振光). . 振动面振动面线偏振光图示法：线偏振光图示法：光振动光振动垂直垂直画面画
10、面光振动光振动平行平行画面画面EEyEx yx 线偏振光的光矢量可分解在两个相垂直的方向上线偏振光的光矢量可分解在两个相垂直的方向上2.2.线线偏振光偏振光光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章103 3部分偏振光部分偏振光 在在与与光光传传播播方方向向垂垂直直的的平平面面内内，光光振振动动具具有有各各种种振振动动方方向向，但但不不同同方方向向的的振振幅幅不不同同，在在某某一一方方向向上上的的振振幅幅最最大大，而在与之正交的方向上振幅最小，这种光称为而在与之正交的方向上振幅最小，这种光称为部分偏振光部分偏振光。部分偏振光的振动也可以把各个方向的振动分解成两个部分偏振光的振动也
11、可以把各个方向的振动分解成两个相互垂直的线偏振光。相互垂直的线偏振光。光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章11分解后的两个线偏振光振幅不等，分解后的两个线偏振光振幅不等，相位也无关联相位也无关联相位也无关联相位也无关联。因而也。因而也不可能合成为一个单独的矢量。不可能合成为一个单独的矢量。部分偏振光可表示为：部分偏振光可表示为：光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章12为了定量描述部分偏振光，引入为了定量描述部分偏振光，引入偏振度偏振度的概念：的概念：定义：定义：Imax为部分偏振光最大振幅对应的光强，为部分偏振光最大振幅对应的光强，Imin为最小振幅对应
12、的光强。为最小振幅对应的光强。当当Imin0时，时，P1，即为线偏振光。即为线偏振光。当当ImaxImin时，时，P0，即为自然光。即为自然光。对于部分偏振光，对于部分偏振光，0IminImax,0P1。偏振光的应用：偏振光的应用：3D电影电影两架放映机、两束偏振方向互相垂直的偏振光、观众用偏振眼两架放映机、两束偏振方向互相垂直的偏振光、观众用偏振眼两架放映机、两束偏振方向互相垂直的偏振光、观众用偏振眼两架放映机、两束偏振方向互相垂直的偏振光、观众用偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只看到左镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只看到左镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只看到左镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只看到左机映出的画面，右眼只看到右机映出的画面，产生立体感觉。机映出的画面，右眼只看到右机映出的画面，产生立体感觉。机映出的画面，右眼只看到右机映出的画面，产生立体感觉。机映出的画面，右眼只看到右机映出的画面，产生立体感觉。光学教程光学教程光学教程光学教程第五章第五章第五章第五章14本节结束本节结束
