第十五章光的偏振

1、1一、一、横波具有偏振性横波具有偏振性这种取向作用称为偏振这种取向作用称为偏振2光沿某一方向传播时，在垂直于传播方向的平面内，光沿某一方向传播时，在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向振动的光矢量都有，且各方向光振动的振幅沿各个方向振动的光矢量都有，且各方向光振动的振幅都相等，这种光称为自然光。都相等，这种光称为自然光。. . . . . .3三、偏振光三、偏振光1.偏振偏振:自然光经过媒质的吸收、反射、透射、散射使某自然光经过媒质的吸收、反射、透射、散射使某 一方向的光振动占有优势。一方向的光振动占有优势。2.完全偏振光完全偏振光(线偏振光线偏振光) 振动平面振动平面: 光振动与光传播方向所决

2、定的平面光振动与光传播方向所决定的平面E播播传传方方向向振振动动面面只有单一方向的光振动只有单一方向的光振动,这样的光称为完全偏振光。这样的光称为完全偏振光。43.部分偏振光部分偏振光:二个互相垂直的光振动中某一方向光二个互相垂直的光振动中某一方向光 振动占有相对的优势这样的光称为部振动占有相对的优势这样的光称为部 分偏振光。分偏振光。部分偏振光部分偏振光 部分偏振光的分解部分偏振光的分解互相垂直方向互相垂直方向上不等幅上不等幅5 ：能吸收某一：能吸收某一方向的光振动，而只让与方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通这个方向垂直的光振动通过的某些薄膜材料。过的某些薄膜材料。(涂有金涂有金鸡

3、纳霜或碧硒等材料的簿膜鸡纳霜或碧硒等材料的簿膜)这个方向称为这个方向称为 偏偏振振化化方方向向自自然然光光振振线线偏偏光光偏振片偏振片0I20I自然光自然光 偏振光：偏振光：检验一束光是否为偏振光：检验一束光是否为偏振光：6. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通过旋转的起偏器，光强不变自然光通过旋转的起偏器，光强不变7. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通过旋转的起偏器，光强不变自然光通过旋转的起偏器，光强不变8. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通过旋转的起偏器，光强不变自然光通过旋转的起偏器，光强不变9. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通过旋转的起偏器，光

4、强不变自然光通过旋转的起偏器，光强不变10. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通过旋转的起偏器，光强不变自然光通过旋转的起偏器，光强不变11. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通过旋转的起偏器，光强不变自然光通过旋转的起偏器，光强不变12. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通过旋转的起偏器，光强不变自然光通过旋转的起偏器，光强不变13. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通过旋转的起偏器，光强不变自然光通过旋转的起偏器，光强不变14. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况光强变

5、化情况15. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况光强变化情况16. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况光强变化情况17. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况光强变化情况18. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况光强变化情况19. . . .

6、起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况光强变化情况20. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况光强变化情况21. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况光强变化情况22入射偏振光入射偏振光 A 222coscosIAIIIIII09000270,90180, 00000 2c

7、osIIz偏振化方向 cosA sinA通过通过 zA/cos不不通通过过 zAsinI例：自然光和线偏振光的混合光，垂直通过一偏振片。例：自然光和线偏振光的混合光，垂直通过一偏振片。旋转偏振片，测得透射光强最大值是最小值的旋转偏振片，测得透射光强最大值是最小值的5倍。求入倍。求入射光中，自然光与线偏振光的光强比。射光中，自然光与线偏振光的光强比。 2110II102IIImax解：解：20IIminminmax5II23例例15-1 自然光自然光 通过偏振化方向互相垂直的偏振通过偏振化方向互相垂直的偏振片片 。如果在。如果在 间平行插入另一偏振片间平行插入另一偏振片 ， 与与 偏振化方向夹角

8、偏振化方向夹角 ，求：透过，求：透过 后的光强？后的光强？0I21,PP21,PP3P3P1P 2P解解2010IPI通过通过自然光自然光 2033cos2IIP通过通过 2sin8sincos2)90(cos2022002322IIIIP通过通过24 自然光以任意角度入射到两种各向同性介质的分界自然光以任意角度入射到两种各向同性介质的分界面上反射和折射时面上反射和折射时, ,反射光和折射光都是部分偏振光，反射光和折射光都是部分偏振光，且且 实验和理论都表明：实验和理论都表明：n1n2.r以任意角度入射以任意角度入射i25当入射角当入射角 0ii .i0i0n1n2900r以布儒斯特角入射以布

9、儒斯特角入射反射光为线偏振光反射光为线偏振光，折射光，折射光为部分偏振光。并且：为部分偏振光。并且：布儒斯特角布儒斯特角0090ri由折射定律：由折射定律：21120sinsinnnnri00000)90sin(sinsinsintgiiiritg i0n1n2=n2126 利用玻璃片堆利用玻璃片堆增加反射增加反射偏振光偏振光光强，提高透射光光强，提高透射光偏振度，但光强减小偏振度，但光强减小2100)2(nnctgiitgtgr界面的起偏角。是玻璃、空气r线偏振光线偏振光.自然光入射自然光入射i0r1n1n2n27已知：n水=1.33, n玻璃1.50 ，容器底部反射光为偏振光求：i=?ii

10、0i0i033. 150. 1120nntgi解：00sin33. 1sinsiniini水084i28i0i0i0iii29一束光一束光在晶体内各个方向上折射率相同，传播速度相同在晶体内各个方向上折射率相同，传播速度相同 o光（光（） e光（光（）一束光在晶体内各个方向上折射率不同，传播速度不同一束光在晶体内各个方向上折射率不同，传播速度不同1）光线入射到各向异性晶体表面时）光线入射到各向异性晶体表面时 二束折射光二束折射光 光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体30o光：振动方向垂直于光：振动方向垂直于o光的主平面光的主平面e光：振动方向平行于光：振动方向平行于e光的主平面光的主平面4

11、）光轴与某光线组成的平面）光轴与某光线组成的平面 该光线的主平面该光线的主平面一般来说，一般来说，o光主平面和光主平面和e光主平面不重合，光主平面不重合，只有当光轴只有当光轴位于入射面内时，两主平面重合。位于入射面内时，两主平面重合。此时此时o光、光、e光是两个光是两个振动方向互相垂直的偏振光。振动方向互相垂直的偏振光。2）o光、光、e光都是线偏振光光都是线偏振光3）双折射晶体中存在一）双折射晶体中存在一 光线沿这一方向入射时，不发生双折射光线沿这一方向入射时，不发生双折射单轴晶体单轴晶体 ：方解石、石英、红宝石：方解石、石英、红宝石双轴晶体双轴晶体 ：云母、蓝宝石：云母、蓝宝石312:01I

12、I 起偏后光强马吕斯定律检偏后光强212cos:II .i0i0n1n2900rtgi0n1n2=n21. . . . . .32o光（光（）：）： 沿各方向沿各方向传播速度相同传播速度相同, no=恒量恒量 偏振光，振动方向垂直于偏振光，振动方向垂直于o光的主平面光的主平面e光（光（）：）： 沿各方向沿各方向传播速度不相同传播速度不相同, ne=恒量恒量 偏振光，振动方向平行于偏振光，振动方向平行于e光的主平面光的主平面光线沿这方向入射时，不发生双折射光线沿这方向入射时，不发生双折射当光轴位于入射面内时，两主平面重合当光轴位于入射面内时，两主平面重合,此时此时o光、光、e光是两个振动方向互相

13、垂直的偏振光。光是两个振动方向互相垂直的偏振光。33 由于各向异性介质在不同方向上的物理性能不同，因而它的电磁学特性（，）随方向不同而不同。随方向不同而不同折射率以及晶体的度所以光在晶体内传播速由于nvvcnv,1oooovcnnrio（常数）光：sinsin为一常数ov34eevcnnrie（不是常数）光：sinsin不为常数ev垂直于光轴方向的传播速度垂直于光轴方向的传播速度eeevcnv垂直光轴方向垂直光轴方向：两束光传播速度相差最大两束光传播速度相差最大沿光轴方向沿光轴方向：,/eovv o o光、光、e e光波面在光轴方向相切光波面在光轴方向相切oeoennvv,正晶体：正晶体：石英

14、石英SiO2oeoennvv,负晶体：负晶体：方解石方解石CaCO3光轴光轴vevo*光轴光轴vove*波面波面e波面波面ovcn 35oeoennvv,方解石方解石单轴负晶体：单轴负晶体：光轴光轴vove*n=e1.4864 1.6584vmaxvminn=o1.658436ooee *光线入射到晶体表面时，波阵面上每一个子波波源都光线入射到晶体表面时，波阵面上每一个子波波源都向晶体内分别发出球面子波（向晶体内分别发出球面子波（o光）和光）和椭球面子波（椭球面子波（e光）光） *同一时刻，各子波包络面就是光线传播的波面同一时刻，各子波包络面就是光线传播的波面光束斜入射(1).光轴在入射面内,

15、与晶面斜交i光轴光束垂直入射光轴 *从入射点引向相应波阵面切点的连线方向就是晶体中从入射点引向相应波阵面切点的连线方向就是晶体中o 光和光和e光的传播方向光的传播方向oeoeO光光e光光主主平平面面重重合合光主平面光主平面光振动光振动oo光主平面光主平面光振动光振动 ee/37O,e二光束同方向行进， 但速度大小不一样。(3).光轴与入射面垂直,与晶面平行(2).光轴在入射面内,与晶面平行,光束垂直入射。光轴光轴光轴vove*光束斜入射i光轴ooeeO光、光、e光主平面不重合光主平面不重合光主平面光主平面光振动光振动oo光主平面光主平面光振动光振动 ee/仅在此情况下，仅在此情况下，o光光e光

16、均遵循折射定律光均遵循折射定律38光轴光轴t1.658on 1.486en 如图所示，一束自然光以入射角如图所示，一束自然光以入射角i=450入射到方解石晶入射到方解石晶体上，方解石晶体光轴垂直于纸面。方解石对体上，方解石晶体光轴垂直于纸面。方解石对o光和光和e光的折射率分别为：光的折射率分别为：在图中标出哪一束是在图中标出哪一束是o光，哪一束是光，哪一束是e光？并画出光矢光？并画出光矢量的振动方向。量的振动方向。解：折射定律解：折射定律21sinsinnnri s nnsinsiieooenrniroe025.25or 028.41er i39902268AMCN1. 尼科尔棱镜尼科尔棱镜. .自然光自然光n加加=1.55n =e1.516n=1.