大学物理：第 19 章 光的偏振课件

1、第 19 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 10-1110-8 s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

2、、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第 19 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

3、个固定平面上振动。平行斜交垂直 yz yzx振动面x振动面椭圆（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 z 0 yx z 0 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END19.2 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P1P

4、2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

5、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

6、束折射光中一束满足折射定律，称为寻常光（o光）ordinary rays另一束不满足折射定律，称为非常光（e光）extraordinary rayso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，不满足折射定律光轴光轴定义：主折射率正晶体（如石英）负晶体（如方解石）ve为e光在与光轴垂直方

7、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，不满足折射定律3. 惠更斯原理对双折射现象的解释光轴oe例19-3 在主折射率为no，ne的单轴晶体中，一束e光沿与光轴夹角为q 的方向传播，求其传播速度。vovevxvyq解：在速度平面内画o光和e光的波阵面，设光轴沿vy方向，则由此解得END19.3 椭圆（圆）偏振光的获得和检验一、波片单轴晶体薄片，光轴与表面平行一束线偏振光垂直射入晶体后传播相同路程d后o、e光间光程差为d = (no-ne)d经过一定厚度的波片后，便具有确定的相位差:MNo光e光MNEEoEe光轴a四

8、分之一波片波片厚度满足此时即：能使o光e光间产生 相位差的波片二分之一波片(半波片）波片厚度满足此时即：能使o光e光间产生 相位差的波片片的作用线偏椭偏特例：圆、线偏椭偏椭偏特例：线偏园偏线偏片的作用线偏线偏椭偏（圆偏）椭偏（圆偏）方向转过2q，（q为入射线偏与光轴间夹角）自然光自然光自然光自然光例19-4 在两个偏振化方向相同的偏振片之间平行地插入一厚度d = 0.01mm的波片，其光轴方向与偏振化方向之间夹角为p/4。以白光入射，出射光中缺少那些波长的光？（设对于可见光范围的所有波长有no ne = 0.172）解：入射光经第一块偏振片P1后为线偏振光，若对于某一波长，波片恰为半波片，则经过该波片后此波长的光将不能透过第二块偏振片P2。由式中k = 1，2，3，以k = 2、3代入，即得：l =688nm，491.4nm二、椭圆（圆）偏振光的获得a单色线偏椭偏波片四分之一？二分之一？其它？获得圆偏的条件：（1）Eo=Ee，即Esina=Ecosa（2）o光和e光的相位差用四分之一波片 l/ 4三、偏振光和自然光的区别、检验P自然光自然光线偏P圆偏线偏线偏P自然光线偏转动偏振片，光强无变化P圆偏线偏转动偏振片，光强无变化转动偏振片，光强无变化转动偏振片，光强有变化，且存在消光位置。 l/ 4P部分偏部分偏线偏P正椭偏线偏线偏P部分偏线偏转动偏振片，光强有变化，