第19章光的偏振

1、 19-1 19-1 自然光和偏振光自然光和偏振光 19-219-2 起偏和检偏起偏和检偏 偏振片偏振片 19-3 19-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 19-4 19-4 光的双折射光的双折射 19-1 19-1 自然光和偏振光自然光和偏振光 非偏振光（自然光）非偏振光（自然光）完全偏振光完全偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光光光光的偏振态光的偏振态光是横波光是横波, ,有偏振现象。有偏振现象。1 1线偏振光线偏振光(a)光矢量光矢量 始终沿某一方向振动。始终沿某一方向振动。E(b)光振动垂直板面光振动平行板面2.2.椭圆偏振光圆

2、偏振光椭圆偏振光圆偏振光 光矢量在垂直于传播方向的平面内转动，其端光矢量在垂直于传播方向的平面内转动，其端点轨迹为椭圆或圆。点轨迹为椭圆或圆。 根据矢量旋转方向不同椭圆（圆）偏振光可分根据矢量旋转方向不同椭圆（圆）偏振光可分为为左旋光左旋光和和右旋光右旋光。(a)(b)3 3非偏振光（自然光）非偏振光（自然光） 无论在哪一个方向上光矢量的振动都不比其无论在哪一个方向上光矢量的振动都不比其它方向占优势。它方向占优势。8yxEE xyxIIII2 自然光的表示法：没有优势方向自然光的分解一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、的、等幅的、不相干不相干

3、的线偏振光。的线偏振光。不相干4.4.部分偏振光部分偏振光 介于线偏振光与自然光之间的情形，可看成介于线偏振光与自然光之间的情形，可看成线偏振光与自然光的混合。线偏振光与自然光的混合。(a)(b) 19-219-2 起偏和检偏起偏和检偏 偏振片偏振片1 1偏振光的获得与检验偏振光的获得与检验1.1 1.1 偏振片：偏振片：只让某一方向的光振动通过而吸收与只让某一方向的光振动通过而吸收与这一方向相反的光振动。这一方向相反的光振动。1.2 1.2 起偏与检偏起偏与检偏起偏：起偏：A：自然光，：自然光，B、C：线偏振光：线偏振光 ABCP1P2 二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只

4、让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性 . 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向 . 起 偏021I偏振化方向0I起偏器1 1偏振片的 起偏和检偏检偏器 检 偏起偏器检偏：检偏： ABA：自然光：自然光B：亮度不变：亮度不变A：线偏振光：线偏振光B：最亮到全暗：最亮到全暗A：部分偏振光：部分偏振光B：亮度变化，但不全暗：亮度变化，但不全暗 2/01II 2.2.马吕斯定律马吕斯定律cos12AA 212cosII P2P1A1A2I0I1I2P1P2例例一强度为一强度为I0自

5、然光相继通过两偏振自然光相继通过两偏振化方向夹角为化方向夹角为300的偏振片，求出射的偏振片，求出射光的强度。光的强度。01)2/1 (II 0020212)8/3(30cos)2/1 (cosIIII解：19-3 19-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 S：自然光自然光 R：部分偏振光，部分偏振光，垂直垂直入入射面的振动占优势。射面的振动占优势。 R：部分偏振光，：部分偏振光，平行平行入射面的振动占优势。入射面的振动占优势。 1 1反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振 i i rSRn1n2R入射角i 变 反射、折射光的偏振度也变。2 2布儒斯特定律布儒斯特定律时，反射光为线

6、偏振光，振时，反射光为线偏振光，振动方向垂直入射面；折射光动方向垂直入射面；折射光为部分偏振光，为部分偏振光，平行平行入射面入射面的振动占优势。的振动占优势。0i称为布儒称为布儒斯特角。斯特角。 201tannin当入射角满足：当入射角满足： i0+r=/2 i0i0rSRRn2n1 玻璃玻璃片堆片堆当当 时反射光是线偏振的，可用来起偏。但单时反射光是线偏振的，可用来起偏。但单次反射的反射光强太低（只占次反射的反射光强太低（只占1515），而且方向发），而且方向发生变化，使用不方便。因此更多利用生变化，使用不方便。因此更多利用 时的折时的折射光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。射光起偏，

7、并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。0ii 0ii 利用多次折射产生偏振光利用多次折射产生偏振光 摄影用的偏光镜如选择适当角度可消除或减弱摄影用的偏光镜如选择适当角度可消除或减弱水和玻璃等非金属表面的反光水和玻璃等非金属表面的反光 这是为什么这是为什么? ?有反射光干扰的橱窗有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰片消除了反射光的干扰 19-4 19-4 光的双折射光的双折射 1 1双折射现象双折射现象 光进入各向异性的媒质后，折射光分裂称为两光进入各向异性的媒质后，折射光分裂称为两束沿不同方向传播的光线。其中一束满足折射定律，束沿不同方向传播的光线。其中一

8、束满足折射定律，这束光线称为这束光线称为寻常光（寻常光（o光），光），另一束光线不满足另一束光线不满足折射定律，称为折射定律，称为非寻常光（非寻常光（e光）。光）。e光折射线也光折射线也不不一定一定在入射面内。在入射面内。2 2光在晶体中的传播光在晶体中的传播o o 光：与方向无关；光：与方向无关； e e 光：与方向有关，且一般不同于光：与方向有关，且一般不同于 o o 光。光。 2.1 2.1 光在晶体中的传播速度光在晶体中的传播速度o光波面光波面e光波面光波面光轴光轴(a) 正晶体正晶体vove光轴光轴o光波面光波面e光波面光波面vove(b) 负晶体负晶体晶体的各晶体的各向异性：向异性

9、：介电常数为介电常数为 x x , , y y 11 v光矢量垂直于光矢量垂直于光轴时，光轴时， 光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，介电常数就不同，光的传播速度也就不同。介电常数就不同，光的传播速度也就不同。晶体的主折射率，正晶体、负晶体晶体的主折射率，正晶体、负晶体介电常数为介电常数为 z z光矢量光矢量 平行于平行于光轴时，光轴时，E33o光：oovcn no ，ne 称为晶体的主折射率 正晶体：ne no负晶体：ne novot vet光轴点波源点波源votve t光轴eeevcnv e光：oonv (ve vo)如：石英、冰如：方解石、红宝石vot

10、光轴光轴vetvot光轴：光轴：晶体中存在一个（或两个）特定的方向，在晶体中存在一个（或两个）特定的方向，在该方向上，该方向上，o o 光和光和 e e 光的传播速度相同，这一方向光的传播速度相同，这一方向称为光轴。称为光轴。 2.2 2.2 光轴与主平面光轴与主平面 e光波面光波面光轴光轴voveo光波面光波面单轴晶体主平面：主平面：晶体中任一光线（晶体中任一光线（o光或光或e光）与光轴组成光）与光轴组成的平面的平面 o 光的主平面与光的主平面与 e 光的主平面一般不重合。但光的主平面一般不重合。但光轴位于入射平面（入射光与法向所决定的平光轴位于入射平面（入射光与法向所决定的平面）时，面）时，o 光与光与 e 光的主平面均与入射面重合。光的主平面均与入射面重合。 光轴和主平面 主截面 o 光和光和 e 光都是偏振光，光都是偏振光， o 光的振动方向与主光的振动方向与主平面垂直，平面垂直，e 光的振动方向与主平面平行。（也光的振动方向与主平面平行。（也可作为可作为 o 光和光和 e 光的定义）光的定义） 2.3 2.3 o光和光和e光的偏振光的偏振 ioeoe3 3用惠更斯原理分析双折射