波动光学：光偏振

1、关于波动光学：光的偏振第一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光是电磁波，起视觉效应的是电场矢量(光矢量)偏振态:光矢量的振动状态五种偏振态：自然光，线偏振光, 部分偏振光, 椭圆偏振光, 圆偏振光 7-1 自然光和偏振光 在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光振动，且各个方向光矢量的振幅相等的光1.自然光（Natural Light）第二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月2.线偏振光（Linearly Polarized Light）光矢量只沿一个固定方向振动的光(又称平面偏振光)第三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月振动面光矢量3.部分偏振光（Partially

2、 Polarized Light） 在垂直于光传播方向的平面内，各方向都有光振动，但振幅不等的光第四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量以一定的频率旋转。矢量端点轨迹为椭圆时称其为椭圆偏振光，轨迹为圆时称其为圆偏振光4.圆偏振光和椭圆偏振光第五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月偏振片 7-2 起偏与检偏 马吕斯定律 偏振片（Polaroid）：吸收某方向光振动，而与其垂直方向的光振动能通过的装置偏振化方向偏振化方向：能通过光振动的方向一.起偏与检偏第六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月利用偏振片检验光线的偏振化程度，称为检偏自然光通过偏

3、振片后变为线偏振光，称为起偏起偏检偏第七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月二.马吕斯定律（Malus law） -马吕斯定律第八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月 =0或 =1800时, I2=I1光强最强讨论： =900或 =2700时, I=0光强最弱第九张，PPT共三十八页，创作于2022年6月例1两平行放置的偏振片, 偏振化方向成300角,自然光垂直入射后, 透射光与入射光的强度之比为多少? (分别讨论无吸收和10%的吸收的情况)解：无吸收时根据马吕斯定律第十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月10%吸收时第十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月例2如图,

4、偏振片P1、P2，现以I1的自然光和I2的线偏振光同时垂直入射于P1，在E 处观察通过P1和P2后的光强。(1)P1任意放置, 将P2以光线方向为轴转动一周, 计算并讨论这时在E 处所观察到的光强变化情况； (2)要在E 处得到最大光强, 应如何实现?解：设P1、P2的偏振化方向夹角为入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方向夹角为第十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月线偏振光：因I1和I2 是非相干光即在E 处观察到的光强随P2的转动而周期性变化对自然光：第十三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月在E 处得到最大光强，须同时满足则时时第十四张，PPT共三十八页，创作于2022年6

5、月7-3 反射和折射时光的偏振一.部分偏振现象自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，反、折射光均成为部分偏振光特点：反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之第十五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月二.布儒斯特定律布儒斯特角由折射定律1812年布儒斯特发现，当入射角为某特定值时（ ），反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光-布儒斯特定律第十六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月说明：让自然光通过玻璃片堆，可使折射光的偏振化程度增加。玻璃片足够多时，可使折射光为完全偏振光反射光光强较弱，折射光较强(它包含了全部的平行分量和大部分的垂直分量)i= i0=tg-1n21时，反射光为线

6、偏振光，而折射光仍然是部分偏振光,反射光与折射光垂直。第十七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月布儒斯特窗：第十八张，PPT共三十八页，创作于2022年6月例3将一介质平板放在水中, 板面与水平面的夹角为，如图。已知折射率n水=1.333，n介质=1.681，要使水面和介质面反射光均为线偏振光, 求解：如图所示根据布儒斯特定律第十九张，PPT共三十八页，创作于2022年6月又第二十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月1669年，巴托里奴斯（Bartholinus）发现：通过方解石（冰洲石，即CaCO3）观察物体时，物体的像是双重的。 各向异性媒质（如方解石，石英等）时，将产生特殊的

7、折射现象。 各向同性媒质（如空气，水，玻璃等）中遵从折射定律。 一.双折射现象（Double Refraction） 双折 射双 折双 折方解石晶体寻常光(o光ordinary )：遵守折射定律非常光(e光extraordinary )：不遵守折射定律7-4 光的双折射现象第二十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转第二十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月二.双折射光的偏振特点1.概念只有一个光轴(如方解石、石英)的晶体为单轴晶体；有两个光轴(如云母、硫磺)的晶体为双轴晶体光轴(Optical Axis) ：光线在晶体中沿某一方向传

8、播时不发生双折射现象，这一方向称为晶体的光轴102AD7810210210278如：天然方解石晶体 第二十三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月 主平面（principal plane）：e光光轴o光光轴o 光的主平面e 光的主平面晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。说明(1) 光轴在入射面时，o 光主平面和e 光主平面重合。(2) 一般情况两个主平面并不重合。(3) o 光和e 光的光矢量方向相互垂直。第二十四张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光轴法线o光e光e光不一定在入射面内，o光和e光的主平面并不重合2.特点o光和e光均为线偏振光 o光的振动方向垂直于它自己的主平面，

9、e光的振动方向平行于它自己的主平面第二十五张，PPT共三十八页，创作于2022年6月o光光轴光轴位于入射面内,o光和e光主平面重合(一般夹角很小)，此时o光与e光的振动方向相互垂直光轴e光光轴第二十六张，PPT共三十八页，创作于2022年6月三.双折射现象的解释原因:o光在晶体内的速度是各向同性的,而e光却是各向异性的o光：子波波面为球面.e光：子波波面为椭球面第二十七张，PPT共三十八页，创作于2022年6月正晶体(positive crystal) 负晶体(negative crystal) 两光线只有在光轴方向速度相等，故两球面在光轴处相切。第二十八张，PPT共三十八页，创作于2022年

10、6月光轴光轴惠更斯原理解释（光轴在入射面内）斜射至晶体表面的平面波 （光轴与表面斜交）平面波入射（光轴与表面斜交）第二十九张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光轴光轴平面波入射，而光轴与晶体表面平行平面波入射，而光轴与晶体表面垂直第三十张，PPT共三十八页，创作于2022年6月加拿大树胶四.尼科尔棱镜方解石晶体第三十一张，PPT共三十八页，创作于2022年6月光轴对e光，疏密对o光，密疏全反射线偏振光第三十二张，PPT共三十八页，创作于2022年6月oee光o光o光e光五、 渥拉斯顿棱镜出射的是两束分得很开的振动方向相互垂直的线偏振光第三十三张，PPT共三十八页，创作于2022年6月六、晶体的二向色性二向色性：某些晶体对振动垂直的 o 光和 e 光有不同 吸收的性质。利用晶体的二向色性可以从自然光中获得线偏振光。利用晶体的这