光的偏振及相关知识

关于光的偏振及相关知识第一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/161§1自然光与偏振光一.光的偏振性1.定义

偏振：偏振现象

横波

振动面

波振动方向对于传播方向的不对称性.2.偏振态的种类：椭圆偏振光自然光、平面偏振光(线偏振光)、部分偏振光、

圆偏振光、第二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/162自然光（非偏振光）一般光源发出的光圆偏振光椭圆偏振光左旋右旋偏振态的分类部分偏振光完全偏振光左旋右旋平面偏振光（线偏振光）一般，用单色光讨论偏振态。第三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/163二.自然光与偏振光

1平面偏振光(线偏振光)振动面光矢量（）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光叫线偏振光（也称平面偏振光）光振动方向与传播方向

决定的平面称为振动面

·面对光的传播方向看第四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/164线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyEx

yx表示法：·····光振动垂直板面光振动平行板面第五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/165独立、同一原子不同时刻发的光

普通光源(自发辐射产生)一般发射自然光独立、不同原子同一时刻发的光

·

·

D=(E2-E1)/h

E1

E2

波列

波列长

L=cDt

发光时间Dt10-8s原子发光：瞬息万变的初相位；此起彼伏、方向不定的间歇振动。自发辐射跃迁2.自然光第六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/166自然光特点在垂直光线的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等.XYZE没有优势方向这种大量振幅相同、各种振动方向都有、彼此没有固定相位关系的光矢量的组合叫非偏振光或自然光。总光强Ey

Ex

图示法

可以分解为彼此独立、振幅相等、振动方向互相垂直、不相干的两束线偏振光.第七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/167xyz部分偏振光及其表示法垂直纸面的光振动较强在纸面内的光振动较强3.部分偏振光

可以看成自然光和线偏振光的混合.

偏振度意义：对各种偏振程度不同的光给以定量描述。注意：Imax、Imin的方向必须相互垂直第八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/168偏振度0﹤P﹤1平面偏振光:Imin=0，P=1自然光：Imax=Imin，P=0部分偏振光：Io—总光强IP—偏振光的光强In—自然光的光强IP

=

0P

=

0

自然光In

=

0P

=

1

线偏振光第九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/169§2线偏振光和部分线偏振光振动方向相互垂直的两列光波的叠加

振动

垂直相位

相同

说明：

一束线偏振光自然光偏振片

线偏振光?

两束垂直

、同相的线一.线偏振光的表示第十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1610二.起偏和检偏1.起偏

(1)物质的二向色性，

(2)反射和折射，

(3)双折射,

(4)散射，

….从自然光获得偏振光叫“起偏”，相应的光学器件叫“起偏器”。3.物质的二向色性起偏二向色性：

如:

电气石对o

光和e

光的吸收有很大差异.

晶体对光振动选择吸收的特性。

2.起偏的途径利用某种形式的不对称性,如第十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1611电气石

Z

1mm

厚的电气石可将

o

光吸收净，e

光却有剩余——可制成偏振片.

人造偏振片：聚乙烯醇加热拉伸碘液浸染玻片保护偏振片的透振方向：偏振片透过电矢量的方向。

线偏振光用偏振片获得线偏振光偏振化方向Z偏振片出射光强第十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1612偏振片--大分子物质对振动方向反映出吸收系数不同偏振化方向自然光振线偏光偏振片第十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1613形象说明偏振片的原理通光方向腰横别扁担进不了城门第十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16144.检偏用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称“检偏”。偏振片既可“起偏”又可“检偏”。设入射光可能是自然光、线偏振光或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？以光线为轴转动P:I不变—？I变，有消光—？I变，无消光—？自然光线偏振光部分偏振光I?P待检光第十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1615起偏器检偏器一般情况下

I=？第十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1616PI0IPE0E=E0cos马吕斯定律(1809)——消光三.

马吕斯定律线偏振光经过偏振片前后的光强关系第十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1617例题1用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们的偏振化方向成300角时，观测一光源，又在成600角时，观察同一位置处的另一光源，两次所得的强度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。解:令I1和I2分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别为I1/2和I2/2。按照马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为所以但按题意即第十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1618光强为I0

的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后光强为I0/8，已知P1

P3，问：P1、P2间夹角为何？解:分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例题2第十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1619书P309页，例5.1将两块理想的偏振片P1和P2共轴放置如图所示，然后将强度为I1的自然光和强度为I2的线偏振光同时垂直入射到P1上，从P1透射后又入射到偏振片P2上，试问：（1）P1不动，将P2以光线为轴转动一周，从系统透射出来的光强将如何变化？（2）欲使从系统透射出来的光强最大，应如何放置P1和P2？P2自然光I1线偏振光I2P1···透振方向第二十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1620解：已知自然光强I1，线偏振光光强I2，设线偏振光振动方向与P1透振方向夹角为则，经P1后透射光强为经P2后透射光强为（1）将P2转动一周，可得时，光强最大时，光强最小（2）由（1）中讨论可知，当=0º，180º且=0º时，系统光强最大。先固定P1，转动P2使透射光强达到最大；然后同步转动P1和P2，使透射光强达到最大即可。第二十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1621书P.312例5.2通过偏振片观察一束部分偏振光。当偏振片由对应透射光强最大位置转过60º时，其光强减为一半。试求这束部分偏振光的强度之比和光束的偏振度。解：设部分偏振光分为自然光强为In和强度为Ip的线偏振光的叠加。经偏振片P后透射光强最大为(=0º)PIp偏振片转动60º(=60º)后透射光强为由题意，即整理得偏振度第二十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1622布儒斯特角反射光——垂直入射面振动的成分多。折射光——？部分偏振光偏振光四.反射和折射光的偏振第二十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1623布儒斯特定律互余空气→玻璃玻璃→空气ïïþïïýü°==°==--

42’3350.100.1

18’5600.150.1

1b1btanitani第二十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1624平行玻璃板上表面反射光是偏振光.？注意：上表面的折射角等于下表面的入射角通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反射获得较强的偏振光，你有什么好主意？下表面的反射光是否也是偏振光？！=第二十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1625玻璃片堆要提高反射线偏振光的强度，可利用玻璃片堆的多次反射。················i0··············玻璃片堆第二十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1626例题：画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。第二十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1627应用举例②

制成偏光眼镜，可观看立体电影。③

若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与

地面成45角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼。①测量不透明介质的折射率？第二十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1628④在拍摄玻璃窗内的物体时，去掉反射光的干扰未装偏振片装偏振片第二十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1629（C）用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见（A）玻璃门表面的反光很强（B）用偏光镜减弱了反射偏振光第三十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1630⑤

外腔式激光管加装布儒斯特窗

以利于激光的形成，激光输出为线偏振光.光来回反射时，光强垂直分量反射损耗太大不能形成激光，这样，光强平行分量就更易形成激光.·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

i0

i0

·

激光输出

布儒斯特窗

M1

M2

·

·

i0

i0

第三十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1631

1-2小结一、光的偏振态

自然光、线偏振光、部分偏振光二、线偏振光的获得

偏振片法、反射和折射法、双折射法三、基本物理定律（光强变化）1.布儒斯特定律:2.马吕斯定律:四、偏振光的应用实例

立体电影、汽车车灯、生物视觉、激光器的谐振腔、偏光显微镜等等第三十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1632作业:3-5作业

索末菲曾写信给他的学生海森堡，告诫他:

“要勒奋地去做练习,只有这样，你才会发现，哪些你理解了,哪些你还没有理解.”3~5第三十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1633§3光通过单轴晶体时的双折射2.e光(非常光):不遵循折射定律.一.双折射现象一束光入射在介质中折射为两束光（o光、e光）的现象.eo

双折射现象

1.o光(寻常光):遵循折射定律.

第三十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1634象折射现双折射现方解石晶体CaCO3纸面双折射现象第三十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1635光光双折射纸面方解石晶体光光双折射纸面方解石晶体光光双折射纸面方解石晶体光光双折射纸面方解石晶体光光双折射纸面方解石晶体

o光的像e光的像当方解石晶体旋转时o光的像不动，e光的像围绕o光的像旋转。第三十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1636(如前图，入射角=0，但折射角re0)

且e光折射线也不一定在入射面内。

自然光n1noirore(各向异性媒质)o光e光双折射

1.寻常光(o光)两束折射光中，遵守折射定律的折射光，称寻常光(正常光)n1sini=nosinro2.非寻常光(e光)不遵守折射定律的折射光，称非寻常光(非常光)(sini/sinre)const第三十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1637单轴晶体：方解石,石英,红宝石等.双轴晶体：云母,蓝宝石,橄榄石等.1.光轴:

不发生双折射的任一直线.二.光轴与主截面

ABCD

光轴光在晶体内沿光轴传播当光在晶体内沿光轴传播时不发生双折射光轴是一个方向注意：光轴在晶体内e光光轴

e光的主截面o光光轴

o光的主截面····主截面

2.主截面：（主平面：光轴+光线）o光的主截面—由o光的传播方向与光轴组成；

e光的主截面—由e光的传播方向与光轴组成。

第三十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1638此情形下，

o光的振动方向

e光的振动方向(我们主要讨论这种情况)

3.偏振特点(1)o光、e光都是线偏振光(2)o光的振动方向

o的主截面e光的振动方向

e的主截面(3)当光轴在入射面内(或说“入射面包含光轴”)的情况下，

o光的主截面和e光的主截面重合第三十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1639三.o光和e光的相对光强

(1)自然入射到晶体上：

自然光n1noirore(各向异性媒质)o光e光双折射

垂直照射Io=

Ie(2)线偏振光入射到晶体上时：

晶体中：

光轴方向

x

A

y

q

θ

为

e

光传播方向与光轴的夹角.第四十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1640光轴方向

x

A

y

q

出射光（空气中）：

即：

第四十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1641例题强度为I的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到另一块完全相同的晶体上。两块晶体主截面之间的夹角为，试求当分别等于300和1800时，最后透射出来的光束的相对强度（不考虑反射、吸收的损失）例：5.4

P.321解：经第一块晶体后：经第二块晶体后相对强度为z1z2z1z2第四十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1642经第二块晶体后由于两块晶体相同，两主截面夹角为180°，此时它们光轴方向关于表面法线对称，则e光在第一块晶体中的偏折方向与在第二块晶体中的偏折方向相反，因而从第二块晶体出射的o光和e光传播方向重合，成为一束自然光。其强度为：z1z1第四十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1643振动方向不同的折射波具有不同的位相，也就具有不同的位相传播速度（相速）。§4光在晶体中的波面1.双折射现象的定性解释:

(1)构成晶体的原于、离子是各向异性的振子。三个方向上有不同的固有频率1、2和3(2)光入射时，粒子产生受迫振动受迫振动发出的次波叠加形成晶体中的折射波(3)当入射光中光矢量的振动方向与某一个重合时，则受迫振动的位相与该方向的固有频率有关，振动频率与入射光频率相同第四十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1644单轴晶体

1为平行于晶体的光轴方向的固有振动频率

2为垂直于光轴方向的固有频率O光CA1A2A3光轴C为晶体中作受迫振动的一个粒子☞

o光在各个方向上的速度都相同。O光矢量波面为球面。2o光的波面振动方向

o的主截面沿着任何方向传播的光，都使得振子在垂直于光轴的方向上振动与固有频率为2有关因此在各个方向上有相同的速度0

第四十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1645―►使振子作受迫振动的位相差与1有关e光CA1A2A3☆e光波面为旋转椭球面。★e光传播方向不一定垂直于波面3

e光的波面e光的振动方向

e的主截面对不同的传播方向，光振动的方向与光轴成不同的角度CA1方向的振动光轴―►受迫振动和入射光的电矢量间的位相差与2有关这个方向上速度oCA2方向的振动光轴这个方向上的速度e

☞振动方向主截面的光是e光；e光在各个方向上的光速不同。第四十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1646☆双折射的实质可表述为：

晶体中o、e两光具有不同的相速。☞o光波面为球面e光波面为旋转椭球面沿光轴方向上，o光和e光的光矢量均在垂直于光轴方向振动o光和e光的相速相同不发生双折射o、e光波面在光轴方向相切第四十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1647在光轴的方向上，两种子波面相切

子波源otet光轴正晶体(o>e)otet光轴

负晶体(o<e)子波源正晶体、负晶体中o光和e光的子波面

4、正晶体与负晶体单轴晶体分为正晶体和负晶体正晶体：

0>e

，(no<ne)如石英、冰等负晶体：

e>o，(ne<no)如方解石、红宝石等

☆o光和e光的子波面

第四十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1648§5晶体中光的传播方向一.

单轴晶体内o光与e光的传播方向研究方法：惠更斯作图法，新波面为子波面的包络.

o光的传播方向

垂直于o光的波面e光的传播方向

不垂直于e光的波面（除光轴方向和垂直于光轴方向外）O光振动方向

O光的主截面O光在各个方向上的速度都相同O光矢量波面为球面(1)传播方向和波面的关系(2)O光的特点☆注意事项第四十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1649(3)e光的特点

e光的振动方向平行于主截面沿光轴方向的速度为o;垂直于光轴方向的速度为e

e光的波面是旋转椭球面(4)o光、e光波面之间的关系o光、e光沿光轴方向的速度相同，故在波面光轴方向相切1.以i角入射到晶体，光轴在入射面内e>o晶体i····voΔtveΔtcΔtA····BDeo

re··光轴r0··第五十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1650(2)过A点作AB垂直BD;AB为入射光波面。(3)求出B到D的时间t,t=BD/C入射面与主截面重会，则o光和e光在主截面内。(4)确定O光折射线方向：0光服从折射定律以A为圆心，o

t为半径作半圆，过D向半圆到切线交于O(切点)，连接AO即为o光方向☆惠更斯作图法基本步骤(1)平行光入射界面上A、D两点；晶体i····cΔtA····BDeo

re··光轴r0··第五十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1651(5)确定e光折射线方向：e光与o光波面在光轴上相切。对负晶体,e光波面是扁椭球，过D作e光波面切点E，连接AE，则为e光折射线。(6)画出o光和e光的偏振态：o光与e光与光轴构成的主平面重合且为纸平面，则e光电矢量振动方向在主平面内o光电矢量振动方向垂直于主平面晶体i····cΔtA····BDeo

re··光轴r0··第五十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1652

o、e传播方向相同

但速度不同，vove晶体光轴oeoe2.光轴垂直于晶体表面，正入射

在晶体内光沿光轴传播

o、e速度相同无双折射e=o······光轴晶体····自然光3.光轴界面且垂直于入射面自然光正入射有双折射第五十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1653o、e传播方向相同

但速度不同惠更斯作图法·

·

·

·

eo

e

o光轴晶体

·

·

·

·4.光轴界面且位于入射面内自然光正入射有双折射3,4情况，即:o、e光重合,但有光程差

波晶片原理

第五十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1654二、单轴晶体的主折射率此特殊情况

(光轴

入射面)下，e光形式上满足折射定律，例：光轴界面，且垂直入射面，

自然光斜入射注意：此图中·为e振动，|

为o振动

惠更斯作图法(例)

····晶体光轴i1i2oi2eo········votveteoectn1

sini1=nosini2on1

sini1=nesini2e

o光主折射率e光主折射率第五十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1655对吗？例题

用方解石切割成正三角形截面的棱镜，自然光以i角入射，定性画出o光、e光的振动方向，传播方向。光轴

解：方解石——负晶体——垂直光轴方向ve>voo光e光ie光o光o光、e光只在晶体内部才有意义！只有在晶体内部才有意义第五十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1656§6偏振器件偏振器（起、检、偏器）

玻璃片堆，偏振棱镜.一.尼科尔棱镜（1828）

由两块特殊要求加工的直角方解石用加拿大树胶粘合而成。二向色性偏振片（人造偏振片），

玻璃片，第五十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1657ACNM偏振光产生过程······ACNMeeo对Na光：

no=1.658,ne=1.486,n胶=1.550第五十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1658可以用作起偏器与检偏器....Ie=（1/2）Iθ是入射光矢量振动方向与棱镜主截面之间的夹角Ie=I·cos2入射光光强为I第五十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1659前一半二、沃拉斯顿棱镜（偏光分束镜）ZZ方解石

no>neo光e光e光后一半o光注意：光在两块方解石中都是垂直光轴传播。折射角小于入射角折射角大于入射角由两个方解石直角棱镜粘合而成第六十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1660ZZ请你练习

画出自然光垂直通过洛匈棱镜（方解石磨制）o光、e光的传播方向，振动方向！o光e光o光e光A中的o光变为B中的e光：远法线折射A中的e光与B中的o光折射率相等方向不变.洛匈棱镜：

可用于强激光情况.

第六十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1661光轴与晶体表面平行的单轴晶体o光和e光可以沿同一方向传播，这样的晶体叫做波片

想想，属于我们前面讲的哪种情况？晶体光轴oeoe····

eoe

o光轴晶体·

·

··三.波（晶）片1.什么是波片第六十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16622.光在波片中的传播结构：是光轴平行表面的晶体薄片。厚度为d，do光：Eo=Aocosω(t-z/vo)

其中：Ao=AsinθAe=Acosθe光：Ee=Aecosω(t-z/ve)

晶体中：

晶体中e

、o光的相位差：第六十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1663dnod——o光在波片中的光程ned——e光在波片中的光程光程差：=

(no-ne)d出射晶体后：(晶体厚度为d）其中：第六十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1664从晶片出射的是两束

传播方向相同、

振动方向相互垂直、

振幅分别为Ao和Ae的、

相位差为的线偏振光。

AAoAeθ光轴P晶片对光的分解

自然光入射晶片：o光、e光光强比1，无固定相位差线偏振光正入射晶片:o、e光振幅关系：A0=Asinθ

Ae=Acosθ

第六十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16653.定义：

1/4波片：

半波片：AAoAeAo'2与光轴夹角为的线偏振光经过半波片后，出射光偏转2仍为线偏振光

!全波片：第六十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1666作业：6~11

作业

逆水行舟用力撑，一篙松劲退千寻；古云“此日足可惜”，吾辈更应惜秒阴。

董比武

6~11

第六十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1667§7椭圆偏振光和圆偏振光圆偏振光——电矢量大小不变，末端在波面内描绘出一个圆。一、圆偏振光和椭圆偏振光的描述1.定义ExEyEwyxO某时刻左旋圆偏振光E随z的变化0

y

yx

z传播方向

/2xE第六十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1668椭圆偏振光——电矢量大小改变，末端在波面内描绘出一个椭圆。迎着光线方向看，顺时针——右旋逆时针——左旋{左旋圆偏振光0

y

yx

z传播方向

/2xE第六十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16692.描述椭圆偏振光可通过两列频率相同，振动方向相互垂直，沿同一方向传播的线偏振光叠加得到。端点轨迹方程：y振动超前x

振动

椭圆

第七十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1670=0讨论线偏振光光矢量位于Ⅰ、Ⅲ象限

☞①=②线偏振光☞光矢量位于Ⅱ、Ⅳ象限第七十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1671=/2③>0，

右旋

<0，

左旋

椭圆偏振光AxAy

椭圆偏振光Ax=Ay

圆偏振光{④

=其他值斜向椭圆偏振光第七十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1672yDD第七十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1673晶片是光轴平行表面的晶体薄片。yθdxAAoAe线偏振光光轴

通过厚为d的晶片，e光、o光产生相位差：AAoAeθ光轴P

振幅关系：椭圆偏振光d光轴晶片1.晶片二.椭圆偏振光和圆偏振光的获得第七十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1674则出射光为圆偏振光。若且

2.波（晶）片1/4波片——线偏振光→圆偏振光——线偏振光→线偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）（是对某个确定波长而言的）波片厚度满足——线偏振光→椭圆偏振光第七十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1675三、自然光改造成椭圆或圆偏振光自然光入射：无固定相位差ydxoe光轴自然光——自然光合成后为椭圆偏振光(1)椭圆偏振光的获得线偏振光通过一晶片后可分解为两束线偏振光传播方向相同振动方向垂直振幅Ao=Asin

Ae=Acos相位差yxoe光轴A椭圆偏振光线偏振光第七十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1676P45/4片自然光圆偏振光圆起偏器线偏振光偏振片圆偏振光的获得

(2)圆偏振光的获得若

=45且晶片是/4片出射光为圆偏振光第七十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1677小结

自然光线偏振光(光轴与主轴重合)线偏振光(

=0,90)线偏振光(

=45)圆偏振光椭圆偏振光(正椭圆)四分之一波片线偏振光圆偏振光椭圆偏振光自然光

1/4波片的作用

yxoe光轴A

?线偏振光第七十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1678§8偏振态的实验检定第一步:五种情况分成了三组，线偏振光已被检出偏振片(并转动)线偏振光

I变、有消光圆偏振光自然光I不变部分偏振光(线+非)

I变、无消光椭圆偏振光第二步:

四分之一波片偏振片(并转动)自然光圆偏振光自然光I不变线偏振光有消光椭圆偏振光线偏振光*有消光部分偏振光部分偏振光I变无消光第七十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1679例题

如图，

P1

、P2

为透振方向平行的偏振片，

K是主折射率为

no

和

ne

的波晶片，其光轴平行于折射表面。若波长为

的入射光经图示系统后被消光。

求此晶片的光轴方向和厚度。

KP2P1解:

入射光经

P1

变为线偏振光，经

K后能被

P2

消光，说明其振动而转过90°。因

/2片

才能使线偏振光振动面转过2

角，故此晶片为/2片，其光轴与

P1

成45°，最小厚度为

第八十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1680作业：12,13,14作业

崇德:追求高尚品德；博雅:学习广博知识； 培养高雅情趣；弘志:胸怀恢弘志向；信勇:为人诚实守信； 做事敢为人先。 共勉之

12,13,14第八十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1681§9偏振光的干涉光波干涉的条件：

频率相同、振动方向一致或有平行分量、有固定的位相差。两个振动方向互相垂直的直线偏振光干涉吗?如果这两光投影在某一方向上，它们将会在这个方向上发生干涉，这就是偏振光的干涉。合成后为椭圆偏振光传播方向相同振动方向垂直振幅Ao=Asin

Ae=Acos相位差yxoe光轴A椭圆偏振光线偏振光线偏振光通过一晶片后可分解为两束线偏振光第八十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1682一.偏振光干涉的实验装置

单色自然光偏振片P1透振方向d波片C光轴方向线偏振光Aoe透振方向偏振片P2相干屏

单色自然光偏振片P1透振方向d波片C光轴方向透振方向偏振片P2相干屏第八十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1683一.偏振光干涉的实验装置

单色自然光偏振片P1透振方向d波片C光轴方向透振方向偏振片P2相干屏二.线偏振光干涉的强度分布

A2oP2P1CA1A1oA1eA2e在P2

后：在P1

后：线偏振光A1波片C第八十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1684干涉光强：波片引入的位相差：'=——P1，P2在波片光轴的同侧。+——P1，P2在波片光轴的异侧。{第八十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1685—相长干涉—相消干涉若单色光入射，则屏上为等厚条纹。且d不均匀，P1，P2在波片光轴的同侧P1，P2在波片光轴的异侧—相消干涉—相长干涉第八十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1686特例：（1）P1//P2，（2）P1P2，——P1，P2在波片光轴的异侧第八十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1687§10光弹性效应一.弹光效应

光测弹性仪均匀透明介质

应力

异性透明介质

检验

：

透明材料内部的应力分布.

如：

天文望远镜镜头，玻璃、塑料工件的质量实验表明

（s:应力

C:材料系数）

光测

弹性学：进行(解决)工程设计中

介质的应力分析

(问题

).

第八十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1688第八十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1689第九十页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1690本章结束谢谢大家第九十一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1691作业：15—21

作业：

15—21为学应须毕生力，攀高贵在少年时。

——苏步青第九十二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1692例题例1试设计三种使偏振光的振动面转过90的方法.光所通过的晶体类旋光物质厚度l与线偏振光振动面转过角度的关系为

=l,式中为旋光率(度/毫米)。要使振动面转过90所需晶体厚度l=90/。半波片不改变入射线偏振光性质，但可使其振动面转过2角。当半波片的光轴与入射线偏振光的振动方向成

=45角时,振动面就转过90。解：(2)用半波片。(1)用旋光物质(如石英)。第九十三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1693

（3）用两个偏振片P1

和P2,先让P2

绕光的传播方向转,并停在出射光强为零的位置上，此时P2的偏振化方向与入射线偏振光的振动方向相互垂直。

然后在P2前面插入P1，只要P1与P2的偏振化方向不垂直也不平行，那么由P2出射的线偏振光的振动方向相对入射线偏振光的振动方向转过90，其振幅矢量如图所示，图中A为入射线偏振光的振幅。第九十四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1694例题17-14如图所示，偏振片P1和P2相互正交，当入射于偏振片P2的偏振光已是椭圆偏振光时，在视场E处的振幅如何？如果P2和P1不相正交，则又如何？d晶片C偏振片P2

单色自然光偏振片P1偏振化方向光轴方向偏振化方向第九十五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1695解按题意所以它代表振幅为A2e和A2o两相干线偏振光之间的相位差，按同方向振幅的叠加，得合振幅为当偏振片P1和P2相互正交，第九十六页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1696如果P1和P2不正交，设这时P2和晶片C光轴间的夹角为例如由此可知，把偏振片P2旋转一周在观察透射光时，我们将看到透射光强连续变化，但光强为零的位置并不可能出现。第九十七页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1697例题17-15如图所示，偏振片P1和P2相互正交，当入射于偏振片P2的偏振光已是圆偏振光时，在视场E处的振幅矢量的量值如何？如果P2和P1不相正交，则又如何？解按题意知d晶片C偏振片P2

单色自然光偏振片P1偏振化方向光轴方向偏振化方向第九十八页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1698如果偏振片P1和P2相互正交，则由上题结果可得振幅为如果偏振片P1和P2不相互正交，设P2的偏振化方向与晶片C光轴间的夹角为。这时第九十九页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/1699所以此时视场E处的振幅为这一结果表明，当圆偏振光入射于偏振片时，我们把偏振片旋转一周而观察透射光时，可看见透射光的光强并不会有所变化。第一百页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16100若为单色光入射，且晶片d不均匀，则屏上出现等厚干涉条纹。若为白光入射，有三种情况：如晶片d均匀，屏上由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色，这叫（显）色偏振。如晶片d不均匀，则屏上出现彩色条纹。如红色相消→绿色；蓝色相消→黄色。第一百零一页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16101练习题1一束部分椭圆偏振光，沿着z方向传播，通过一个完全线偏振的检偏器。当检偏器的透振方向沿y轴时，透射光强度最小，其值为I0

，当透光方向沿轴时，透射光强度最大，其值为1.5I0.求：（1）偏振器透光方向与x轴成θ角时，透射光强度如何？（2）若使原来的光束先通过一个1/4波片，而后再通过检偏器，且使1/4波片的光轴沿着x轴方向，则当检偏器的透光方向与x轴成30o角时,透过的光的强度最大，试求出此最大强度，并求出入射光强中非偏振成分的比例。

第一百零二页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16102练习题2如图，正交尼科耳N1和N2之间插入一晶片，其主截面zz

与第一个尼科耳N1夹角，晶片对波长为的光的o光、e光折射率分别为，若透过第二个尼科耳光强极大，求晶片的最小厚度以及透射光与入射光光强之比。已知

第一百零三页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16103练习题3在偏振方向正交且平行放置的两偏振片P1，P2之间平行插入一方解石薄片，厚度为3×10-3mm，光轴与表面平行。已知光轴与P1成45o角，问：（1）可见光中不能通过此装置的波长为多少？（2）若使所有的光都不能通过此装置，光轴与P1的夹角是多少？（方解石no=1.658,ne=1.486,且认为波长为400nm-700nm的光均为此值）第一百零四页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16104练习题4用一偏振片检验椭圆偏振光时，透过偏振片的光强将随偏振片的旋转角度变化，对于已设定的坐标系统，已知合成为椭圆偏振光的两个垂直振动之间的相位差为Δφ，试导出透射光强随偏振片旋转角度变化的普遍公式。

第一百零五页，共一百二十四页，2022年，8月28日2022/12/16105练习题