大学物理课件-光的偏振

十二、光的偏振（PolarizationofLight）（一）光的偏振现象

1、偏振是横波的特性ZXY偏振：光矢量只在垂直于传播方向的平面内某一方向振动，或某一方向振动较强。偏振现象是横波区别于纵波的重要标志。只有横波有偏振现象。2、自然光、偏振光及其表示1）、定义：自然光：在垂直于传播方向的平面上光矢量具有各个方向的振动，且振动概率相等，在垂直传播方向的平面上矢量振幅完全相等。XY偏振光（线偏振光）：在垂直传播方向的平面上，只有一个确定的方向有光矢量的振动。XY部分偏振光：在垂直传播方向的平面上，光矢量在某一方向的振动较强。2）、表示方法：振动面：光矢量的振动方向与传播方向所构成的平面。用短线（或双箭头）表示纸面内的光振动；点表示垂直于纸面的振动；疏密程度表示该振动方向的振动强度。自然光部分偏振光线偏振光3、线偏振光的获得方法和检验方法1）、获得方法：（1）起偏法：起偏--从自然光获得偏振光检偏--检查某束光是否是偏振光；起偏振器--从自然光获得偏振光的装置；检偏振器--检查某束光是否是偏振光的装置。透明玻璃片涂有金鸡纳霜或碧硒（电气石）等材料的簿膜偏振片：自然光偏振光偏振化方向具有竖直偏振方向的偏振膜。吸收了水平方向的光振动（2）反射法：自然光以一定条件入射到两介质界面上，反射光和折射光分别为部分偏振光。（3）利用玻璃堆多次反射和折射获得完全偏振光（线偏振光）。（4）利用双折射晶体的棱镜获得。自然光I02）、检验方法：用偏振片检验4、马吕斯定律

若P1P2的偏振化方向间的夹角不为0，也不为90度，则出射的光强为多少？自然光变暗I0变暗EE//P2垂直方向的分量被偏振片吸收，故出射的光强：或：马吕斯定律(其中)P1自然光马吕斯定律：强度为I0的偏振光透过检偏振片后强度变为I=I0cos2。（为入射的偏振光的振动方向与偏振片偏振化方向间的夹角。）（二）反射和折射时的偏振布儒斯特定律

1、反射和折射光中的偏振现象1、反射光中垂直振动强于平行的振动；2、折射光中平行的振动强于垂直振动；3、反射光折射光偏振化的程度随入射角的不同而不同。n2n1实验发现：2、布儒斯特定律（1812年）这个特定的角称为布儒斯特角；此时折射光仍为部分偏振光；入射角为起偏振角时，反射光与折射光互相垂直,是完全偏振光。n2n1注意：当入射角等于一特定角，使反射光与折射光相互垂直时,反射光只有垂直于入射面的振动而无平行于入射面的振动。解决办法：多次反射和折射。玻璃堆：问题：1）反射光强一般较小；2）折射光仍为部分偏振光。n2n13、通过反射与折射获得偏振光*（三）双折射（DoubleRefraction）1、双折射、寻常光和非常光自然光透射在晶体界面上而折射，晶体内的折射光分为两束光，此现象称双折射现象。自然光O光e光方解石原因：光学各向异性：光在许多晶体中的传播速度和光的传播方向与振动方向有关。1）、寻常光和非寻常光（1687年惠更斯研究）（1）两束光均是偏振光，一束叫寻常光（O光），一束叫非寻常光（e光）

（2）O光遵守折射定律，而e光不遵守所知的折射定律。2）、晶体的光轴光轴---当光在晶体中传播时，不发生双折射的方向。78º78º68º102º光轴光轴仅代表一个方向，与OO’平行的线都是光轴。有两个光轴的晶体称双轴晶体（云母、硫磺等）仅有一个光轴的晶体称单轴晶体（如方解石、石英）3）、主截面、主平面主截面：晶面法线与光轴组成的平面。主平面：任一已知光线与光轴组成的平面。注意：（1）一般o光主平面与e光主平面不重合（2）o光的振动方向与主平面垂直，e光的振动方向在主平面内（3）入射面与主截面重合时，让光垂直于光轴入射，对不同的晶体，e光折射率：ne可以>也可<n0

ve可以>也可<v0正晶体--负晶体--光轴正晶体负晶体o光e光光轴正晶体--负晶体--o光e光晶体光轴光轴（负晶体）1）入射面与主截面平行的情况A）光轴与晶体表面有一夹角（斜入射）2、用惠更斯原理解释双折射现象（负晶体）2）入射面与主截面平行的情况B）光轴与晶体表面有一夹角（正入射）自然光光轴（负晶体）C）光轴与晶体表面平行（正入射）自然光o光e光光轴Oe二光通过厚度d晶体的光程差：四分之一波片二分之一波片（半波片）结论：有双折射。自然光o光e光光轴（负晶体）D）光轴与晶体表面垂直（正入射）o光e光光轴自然光负晶体o光e光光轴光轴A）光轴与晶体表面平行（斜入射）（负晶体）3）入射面与主截面垂直的情况沿光轴方向观察A’ABCC’3、利用双折射产生偏振光的装置自然光光轴68º71º尼科尔棱镜（W·Nicol1928年）no=1.658ne=1.486o光e光n加拿大=1.550O光以76º入射到加拿大树胶，产生全反射后被吸收。76ºe光出射成为偏振光A’C’方解石ADCB可用于起偏和检偏（a）S（b）S（c）S表示两尼科耳棱镜主截面的夹角（*四）椭圆偏振光和圆偏振光偏振光的干涉1、波片：光轴平行于晶面的双折射晶体的薄片。2、（1）当偏振光的振动面与波片的光轴成角入射到厚度为l的波片内分成o、e

两光；两光的频率相同、周相差恒定、振动方向相互垂直。（2）o、e两光的光程差为

o、e两光的相位差为

3、椭圆偏振光:线偏振光通过晶片后产生双折射现象得到

o、e两光，o、e两光的合成光矢量的末端轨迹为椭圆。（o、e光振幅不相等）圆偏振光：合成光矢量的末端轨迹为圆。（o、e光振幅相等）线偏振光通过片后，其合成光为线偏振光，但振动方向相对于原入射光振动方向转过一个角度。4、（1）二分之一波片（片）：能使o、e两光周相差为或的奇数倍（即光程差为或的奇数倍）的晶体。（2）四分之一波片（片）：当入射偏振光的振向与晶片光轴成时，片可以使入射偏振光振动面旋转。能使o、e两光周相差为或的奇数倍（即光程差为）的晶体。线偏振光通过片后，合成光为椭圆偏振光，若，o、e两光振幅相等，则合成为圆偏振光。5、偏振光的干涉：S光轴12主截面进入晶片前o