大学物理学光的偏振-学生

1、1 自然光自然光 和偏振光和偏振光2 起偏与检偏起偏与检偏3 光的双光的双 折射折射4 椭圆偏振光椭圆偏振光 、圆偏振光、波片、圆偏振光、波片5 偏振光的干涉偏振光的干涉6 偏振光的应用偏振光的应用光的偏振态光的偏振态E矢量的各种不同振动状态矢量的各种不同振动状态1、线偏振光、线偏振光2、椭圆偏振光、椭圆偏振光3、圆偏振光、圆偏振光4、自然光、自然光5、部分偏振光、部分偏振光偏振光偏振光1 自然光自然光 和偏振光和偏振光1、线偏振光（平面偏振光）、线偏振光（平面偏振光）u振动面不变振动面不变线偏振光可沿两个线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解相互垂直的方向分解xy0EExEy2、椭圆偏振光和圆偏

2、振光、椭圆偏振光和圆偏振光振动面以固定的频率旋转振动面以固定的频率旋转3、自然光、自然光一束自然光可分解为一束自然光可分解为两束振动方向相互两束振动方向相互垂直的、等幅的、垂直的、等幅的、不相干不相干的线偏振光。的线偏振光。yxEE yxIII 4. 4. 部分偏振光部分偏振光部分偏振光可分解为两束振动部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、方向相互垂直的、不等幅的不等幅的、不相干不相干的线偏振光的线偏振光。偏振度偏振度PnPOPIIIIIP I0部分偏振光的部分偏振光的 光强光强IP偏振光的光强偏振光的光强In自然光的光强自然光的光强偏振片偏振片透光轴方向透光轴方向起偏器起偏器检偏器检偏器

3、起偏：起偏：从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光021II 0I检偏：检偏：检验一束光是否偏振光检验一束光是否偏振光一、起偏与检偏一、起偏与检偏2起偏与检偏起偏与检偏二、马吕斯定律二、马吕斯定律I0II=I0cos2 E0E1E221EEEI E12 =E02cos2 I = I0cos2 = I0 cos2 = IMcos2 0max0III ， 02 I， 消光消光例：一束光强为例：一束光强为I0 的自然光，相继通过三个偏振片的自然光，相继通过三个偏振片P1、P2、P3 后，出射光的强度为后，出射光的强度为I0 /8，已知，已知P1和和P3 的偏振的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴旋转

4、化方向相互垂直，若以入射光线为轴旋转P2 ，使出射，使出射光的光强为零。光的光强为零。P2 最小要转过多大角度？最小要转过多大角度？解解I0I1P3P1P2I2I30121II 20212cos21cosIII)2(cos223 II设设P1与与P2的夹角为的夹角为 0381II 4)2(coscos21220In1n2n1n22112nnntgiB 反射光为垂直入射面的线偏振光反射光为垂直入射面的线偏振光折射光仍是部分偏振光折射光仍是部分偏振光iBi时当Bii iB 为布儒斯特角（起偏角）为布儒斯特角（起偏角）此时此时反射光与折射光垂直反射光与折射光垂直三、三、 反射和折射时光的偏振反射和折

5、射时光的偏振布儒斯特定律布儒斯特定律i0激光器中的布儒斯特窗激光器中的布儒斯特窗应用应用玻璃片堆玻璃片堆n1 1 =1.00 (=1.00 (空气空气) )n2 2 =1.50 (=1.50 (玻璃玻璃) ) 423350.100.1tg 185600.150.1tg 1010ii空空气气玻玻璃璃玻玻璃璃空空气气i0(接近线偏振光接近线偏振光) n1n2n1n2n1n20ii0in1n2i思考题：求反射光与折射光的偏振状态思考题：求反射光与折射光的偏振状态一、双折射现象一、双折射现象寻常光寻常光-O光光 遵循折射定律遵循折射定律非常光非常光-e光光 不遵循折射定律不遵循折射定律各向异性：各向异

6、性：各方向光的传播速度、折射率不同各方向光的传播速度、折射率不同寻常光、非常光均为线偏振光寻常光、非常光均为线偏振光3 光的双折射光的双折射光的传播方向与晶体光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。光轴构成的平面。e光光光光轴轴e光的光的主平面主平面o光光光光轴轴o光的光的主平面主平面3.3.（晶体的晶体的）主截面）主截面2.2.（光线的光线的）主平面）主平面O光振动光振动 垂直于垂直于（主平面）（主平面）oe光振动光振动 平行于平行于（主平面）（主平面）e晶体表面的法线与晶体晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。光轴构成的平面。1.1.晶体的光轴晶体的光轴AB光轴光轴102光轴是一特殊的方向，光沿

7、光轴是一特殊的方向，光沿此方向传播时不发生双折射此方向传播时不发生双折射单轴晶体单轴晶体双轴晶体双轴晶体负晶体负晶体vove二二. . 晶体的主折射率，正晶体、负晶体晶体的主折射率，正晶体、负晶体主折射率主折射率oocneecnoenn （方解石方解石）正晶体正晶体voveoenn （石英石英）oeoe光轴光轴O光e光O光e光方解石三、作图法确定光的传播方向（三、作图法确定光的传播方向（惠更斯作图法惠更斯作图法）730玻璃方解石 n0=1.658 ne=1.486n =1.655光轴格兰格兰汤姆逊棱镜汤姆逊棱镜i四、偏振棱镜四、偏振棱镜?EEeEoEo=EsinEe=Ecosdnneo 2O光

8、e光光轴O光、光、e光沿同一方向传播，但光光沿同一方向传播，但光速不同，从晶片出射时有相差速不同，从晶片出射时有相差4椭圆偏振光椭圆偏振光 、圆偏振光、波片、圆偏振光、波片它们合成为一束它们合成为一束椭圆偏振光椭圆偏振光。k仍为线偏振光仍为线偏振光2, 1, 0,2) 1 ( nn 2, 1, 0,)12()2( nn EEeEoEo从晶片出射的是从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差相互垂直、频率相等、相位差 的线偏振光，的线偏振光，dnneo 2)(21m主轴在光轴上的主轴在光轴上的椭圆偏振光椭圆偏振光EEeEo=/4时 Eo=Ee圆偏振光

9、光轴为其他值椭圆偏振光椭圆偏振光?入射光线偏振光条件k2/ =/4其他情况出射光线偏振光圆偏振光椭圆偏振光?dnneo)(224dnneoeonnd4四分之一波片四分之一波片（只对固定波长）（只对固定波长）eonnd 2 二分之一波片二分之一波片（只对固定波长）（只对固定波长）圆偏振光入射到四分圆偏振光入射到四分之一波片会怎样之一波片会怎样？思考：如何区分五种偏振光？通过晶片后分成通过晶片后分成O光与光与 e 光，振动方向相互垂直，光，振动方向相互垂直，再通过第二个偏振片有分量存在，产生干涉再通过第二个偏振片有分量存在，产生干涉5 偏振光的干涉偏振光的干涉1. 1. 振幅关系振幅关系sin1E

10、Eocos1EEeN1CN21EeEoEoEeE？cossincos1EEEoocossinsin1oeeEEEEP1垂直于垂直于P2？N1CN21EeEoEoEeEP1垂直于垂直于P2通过晶体通过晶体C C后后2. 2. 相位关系相位关系dnneo)(2通过通过P P2 2 后后dnneo)(22) 12()(mdnneomdnneo)(干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消m2) 12(moEeE1EeEoE？CN1（N2）？1. 1. 振幅关系振幅关系P1平行于平行于P2sin1EEocos1EEe21sinsinEEEoo21coscosEEEeeoEeE1EeEoEdnneo)(2/mdn

11、neo)(2) 12()(mdnneo？CN1（N2）？2. 2. 相位关系相位关系P1平行于平行于P2通过晶体通过晶体C C后后dnneo)(2通过通过P P2 2 后后干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消m2) 12(m一、旋光现象一、旋光现象左旋光左旋光右旋光右旋光液体）(cl使线偏振光的使线偏振光的振动面振动面在传播过程中旋转在传播过程中旋转天然旋光物质天然旋光物质：石英、糖溶液石英、糖溶液1811年阿喇果发现年阿喇果发现迎光看迎光看（固体）l应用：测溶液浓度应用：测溶液浓度量糖计量糖计旋光物质旋光物质a 旋光率旋光率P1P26 偏振光的应用偏振光的应用二、光弹性效应二、光弹性效应kPnneo人工双折射人工双折射:非晶体加应非晶体加应力后成为单轴晶体力后成为单轴晶体应力去掉，各向异性消失应力去掉，各向异性消失应用：光弹性分析应用：光弹性分析不加应力不加应力各向同性各向同性PP2 2不透光不透光加应力加应力呈单轴晶体性质呈单轴晶体性质oennd2P1P2 不加电场不加电场液体各向同性液体各向同性PP2 2不透光不透光 加电场加电场液体呈单轴晶体性质，液体呈单轴晶体性质，E光轴平行光轴平行 P P2 2透透光光三、克尔效应三、克尔效应电光效应电光效应2kEnneo克尔盒克尔盒瞬时效应瞬时效应光开关光开关二次电光效应二次电光效应k 克尔常数克尔常数P