大学物理：第 19 章 光的偏振

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章光的偏振序言十七世纪下半叶牛顿：光的微粒说惠更斯：光的波动说十九世纪初托马斯•杨：双缝干涉实验、直边衍射现象菲涅尔：光的波动理论十九世纪中叶麦克斯韦：光的电磁波理论十九世纪末二十世纪初爱因斯坦：光子假设光的量子说§序-1简短的历史回顾§序-2光源发射辐射的发光体反射辐射的物体（次级光源）特性：大小、强度、颜色点光源线度小到可以忽略的光源一、光源的发光机理原子发光激发态寿命10-11～10-8s自发辐射

一定频率，长度有限的光波列E1E2基态激发态分子，凝聚物质发光能级分布准连续连续频率的光波列光源发光大量原子和分子持续、随机地发射的光波列二、单色辐射和多色辐射热辐射光源白炽灯、弧光灯、太阳非热辐射光源气体放电管、钠光灯、水银灯、日光灯光谱光的强度按频率（或波长）的分布线光谱连续光谱400nm500nm600nm700nmH2HgNa太阳吸收光谱三、光波列的频谱宽度一个光波列，严格讲不是一单色光，有频谱宽度或理论可证明：波矢为波列长度又代入上式为该波列的发光时间，或原子在激发态的寿命。显然或单色性愈好§序-3光的直线传播与衍射一、光线的概念•SDE二、光速与折射率真空中：c=299,793±0.3km/s媒质中：v<c

与频率有关空气中：v=0.9997c折射率

n=c/v三、波面与光程••AB色散END第

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章光的偏振§19.1偏振光与自然光§19.2线偏振光的获得和检验§19.3椭圆（圆）偏振光的获得和检验§19.1偏振光与自然光一、光的偏振性光是横波光矢量（E）的各种振动状态偏振态五种偏振态（光）线偏振光（平面偏振光）椭圆偏振光自然光部分偏振光圆偏振光二、线偏振光与椭圆偏振光线偏振光光矢量在传播中始终保持在一个固定平面上振动。平行斜交垂直yzyzx振动面x振动面yz沿y-z平面内任一方向振动的线偏振光二个相互垂直、同频率、同相位（或相位差为p）的线偏振光的叠加EyEz椭圆（圆）偏振光光矢量绕着光的传播方向旋转，其旋转角速度对应光的角频率；光矢量端点的轨迹是一个椭圆(圆)。

yx

z0

yx

z0

y

z

y

z右旋左旋二个相互垂直、同频率、相位差确定的线偏振光的叠加当时为椭圆偏振光当，且振幅相等时为圆偏振光椭圆（圆）偏振光三、自然光与部分偏振光每个原子发射的光波列为一偏振光自然光：大量原子随机发射的光波列的集合，每个光波列的频率、相位、振动方向、波列长度均不同。就振动方向而言，具有轴对称分布。自然光的图示一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。

y

z

y

zIy=Iz部分偏振光光矢量的振动方向不具有轴对称分布，而是在某一方向占优势。部分偏振光的图示END§19.2线偏振光的获得和检验一、偏振片马吕斯定律偏振片利用媒质的某种光学不对称性制成的光学元件作用：从自然光获得线偏振光各向异性通光方向P偏振片的通光方向（P）称为偏振化方向P1P2起偏器检偏器EaP马吕斯（Malus）定律考虑线偏振光经过一偏振片只有Ecosa分量可通过自然光入射，出射光强为Ia0消光位置马吕斯定律[例19-1]两块性质完全相同的偏振片平行放置，其通光方向P1、P2间夹角为p/6。光强为I0的自然光垂直入射，经过第一块偏振片后的光强为0.32I0，求经过第二块偏振片后的出射光强。P1P2I00.32I0I=？解：光强经P1后小于0.5I0，说明偏振片有吸收。透过率为由马吕斯定律，通过P2后的出射光强为[例19-2]一束光是自然光和线偏振光的混合光，当它垂直通过一偏振片后，随着偏振片的偏振化方向取向的不同，出射光强度可以变化5倍。问：入射光中自然光与线偏振光的强度各占入射光强度的百分比为多少？解：由马吕斯定律式中I0、I1分别为入射光中自然光与线偏振光的强度由题意可知解得：I1

=2I0自然光所占百分比：线偏振光所占百分比：二、反射和折射时的偏振布儒斯特（Brewster）定律：当自然光以一定的角度入射到两种媒质表面时，反射光与折射光之间的夹角恰好垂直，此时反射光为垂直于入射面的线偏振光。相应的入射角ib称为布儒斯特角（起偏角）：ibrn1n2推导：由折射定律代入即得结果当入射角不等于布儒斯特角时，反射光、折射光均为部分偏振光为什么？q振荡电偶极子电磁辐射强度的角分布ibrn1n2折射时的偏振光玻璃片堆ibrn1n1n2n2在任一面上的入射角均为布儒斯特角。三、晶体的双折射1.晶体的双折射现象当一束自然光射入某些晶体后出现了二束折射光的现象二束折射光中一束满足折射定律，称为寻常光（o光）ordinaryrays另一束不满足折射定律，称为非常光（e光）extraordinaryrayso光e光光轴

o光和e光均为线偏振光光轴晶体内的一个特殊方向，光沿此方向传播时不发生双折射现象。单轴晶体双轴晶体主平面光在晶体中传播时，光线与光轴构成的平面。o光振动方向与主平面垂直，e光振动方向与主平面平行光轴2.单轴晶体中的子波各向异性e

与方向有关晶体内光的传播速度与光的传播方向有关o光垂直于主平面（垂直于光轴），沿各方向传播速度相同e光平行于主平面（与光轴有一定夹角），沿各方向传播速度不同光在晶体内传播速度的大小和光矢量与光轴间的相对取向密切相关光轴定义：主折射率ve为e光在与光轴垂直方向的传播速度o光的波阵面球面e光的波阵面旋转椭球面o光满足折射定律e光沿各方向传播速度不同，ne随入射角变化而变化，不满足