偏振光与双折射

关于偏振光与双折射第一页，共五十三页，编辑于2023年，星期日Ev0H光矢量振动面偏振面

若光矢量保持在一定平面内振动，称此平面为光矢量

§1自然光和偏振光面内振动称这种光线为线偏振光或平面偏振光。的振动面，称这种振动状态为面偏振态。都在一个平1、自然光和偏振光第二页，共五十三页，编辑于2023年，星期日机械横波与纵波的区别第三页，共五十三页，编辑于2023年，星期日在横波的情况下，振动面与其他包含波的传播方向但不包含振动矢量在内的任何平面波都是不相同的，这显示出波的振动方向对传播方向的不对称性。这种振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。对于纵波，波的振动方向对传播方向无对称性的概念。第四页，共五十三页，编辑于2023年，星期日2、自然光：各种振动面的光出现的机会相等,沿同一振动面的原子光波列的强度与振动面方向无关,称这种光为自然光。原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发出的光波列，它们的频率、初相位、振动面、传播方向及波列长度都可能不同。

A、自然光可以分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏振光，这两线偏振光的光强等于自然光光强的一半。第五页，共五十三页，编辑于2023年，星期日3、部分偏振光：

如果将自然光中的两个垂直分量中的其中一个分量部分地削弱，所得的光线称为部分偏振光。部分偏振光表示法：........••••••B、自然光的表示法：.............••••••第六页，共五十三页，编辑于2023年，星期日4、线偏振光的表示法：.........光矢量在屏平面内光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面斜交••••第七页，共五十三页，编辑于2023年，星期日5、圆偏振光和椭圆偏振光这两种光的特点是在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量按一定频率旋转（左旋或右旋）。A、圆偏振光：如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫圆偏振光。B、椭圆偏振光：如果光矢量端点轨迹是一个椭圆，这种光叫椭圆偏振光。第八页，共五十三页，编辑于2023年，星期日

偏振片：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过，这个方向称为偏振化方向。

偏振化方向自然光振线偏光偏振片§2起偏与检偏马吕斯定律一、起偏与检偏称这些薄膜为偏振片。第九页，共五十三页，编辑于2023年，星期日

自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为起偏。偏振化方向自然光振线偏光偏振片

偏振片又可用来检验光线的偏振化程度，称为检偏。第十页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化第十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化第十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化第十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化第十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化第十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化第十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化第十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零第十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光第十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变第二十页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变第二十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变第二十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变第二十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变第二十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期日.....检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变注意：自然光通过一个偏振片光强即变为原来光强的一半第二十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期日检偏器偏振化方向..起偏器检偏器自然光线偏振光AIA00II0I=AA022马吕斯定律二、马吕斯定律=cosA02A022aAA0acosAA0=a检偏器前偏振光振动方向与检偏器aI0I=cos2a偏振化方向之间的夹角第二十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期日讨论：I0=I0=I2.此定律只适用于没有光吸收的理想偏马吕斯定律I0I=cos2a=0，当a，π2=a1.当振片。第二十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期日n1n2

..........r以任意角度入射1、以任意角度入射时,反射光和折射光都为部分偏振光。实验和理论都表明：

反射光中垂直于入射面振动的光的强度比较大，折射光中在入射面内振动的光的强度比较大。

§3反射和折射时光的偏振i第二十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期日

2、以布儒斯特角入射时，反射光为线偏振光，折射光为部分偏振光。并且：..........i0i0n1n2900r以布儒斯特角入射90r0+=i0nsinisinr1n20==n21sinisinr0=sinisin0()90i00tgi=0tgi0n1n2==n21由折射定律：布儒斯特定律第二十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期日A、自然光以布儒斯特角入射时，反射光为线偏振光，折射光为部分偏振光。如图注意：i0in1n290rB、线偏振光以布儒斯特角入射时要注意，事实上反射光只能反射偏振化方向与入射面垂直的那部分偏振光。C、反射光的光强只占入射光强很小一部分。0.........iin1n90r.200第三十页，共五十三页，编辑于2023年，星期日利用玻璃堆获得偏振光.......................线偏振光自然光入射第三十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期日一、实验发现

1809年，法国人马吕斯(Malus)在寻求双折射现象的数学理论时，深深地被方解石晶体奇妙的双折射性质所吸引。传说1809年的一天傍晚，他站在家中的窗户旁研究方解石晶体，当时夕阳西照，阳光从离他家不远的巴黎卢森堡宫的窗户玻璃上反射到他这里。当他观察反射光透过他手中的方解石晶体成象时偶然发现，方解石转到某一位置时，原本出现的两条双折射光线中有一条意外的消失了。这一奇怪现象立即引起了他的注意。由此，马吕斯想到玻璃反射时光被偏振化了。

1812年，布儒斯特(Brewster)通过实验定量给出了反射光偏振的规律。§4光的双折射第三十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期日象折射现双折射现o光e光方解石晶体CaCO3纸面二、双折射现象第三十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期日寻常光线（o光）(ordinaryrays)(extraordinrayrays)非常光线（e光）服从折射定律的光线不服从折射定律的光线......eo.......oeACDB三、寻常光与非常光第三十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期日不服从折射定律指的是：1.折射光线一般不在入射面内；

2.入射角的正弦与折射角正弦之比不是常量，即折射率和入射光线的方向有关。第三十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期日光光当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石晶体第三十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期日光光当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石晶体第三十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期日780102078078010201020光轴光轴：在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象。称这一方向为晶体的光轴。单轴晶体：只有一个光轴（方解石、石英）双轴晶体：有两个光轴（云母、硫磺）主截面：自然晶面法线与光轴所组成的平面。主平面：某一光线与光轴所组成的平面三、光轴、主平面注意：光轴仅是指晶体中的某一方向，并非某一具体直线。因此，所有平行此方向的直线均可代表光轴。第三十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期日

一般来说，o光主平面和e光主平面并不重合。

当入射光线在主截面内时，o光、e光以及它们的主平面都在主截面内。此时，两光的振动方向相互垂直。o光垂直于主截面振动，e光在主截面内振动。o光及e光都为线偏振光。.......光面主光面主平平光轴方向eo光e光o第三十九页，共五十三页，编辑于2023年，星期日正晶体负晶体光轴vevovevononenonevevo*光轴vove*产生双折射现象的根本原因是晶体光学四、惠更斯原理在对双折射现象中的应用波面e波面o性质的各向异性。第四十页，共五十三页，编辑于2023年，星期日ACDE.....eoF.....eo光轴i1.平面波倾斜入射方解石晶体用惠更斯原理解释双折射现象第四十一页，共五十三页，编辑于2023年，星期日ACDFE........eoeo光轴B

2.平面波垂直入射方解石晶体第四十二页，共五十三页，编辑于2023年，星期日ACD....eoeo光轴B....3.平面波垂直入射方解石晶体光轴平行于晶面没有发生双折射第四十三页，共五十三页，编辑于2023年，星期日3.平面波垂直入射方解石晶体光轴平行于晶面ACD....eoeo光轴B....发生双折射第四十四页，共五十三页，编辑于2023年，星期日ACDE.....oeF.....oe光轴i.3.光轴垂直于晶面第四十五页，共五十三页，编辑于2023年，星期日五、渥拉斯顿棱镜它由同一材料但光轴相互垂直的两块三棱镜胶合而成。在ABC截面内，尽管o光和e光传播方向相同，但速度不同。到AC界面，原o光变为e光(振动平行光轴)，ne<no，所以折射角较大。原e光变为o光(振动垂直光轴)，ne>no(光疏到光密),所以折射角较小。到ADC截面内，o光和e光便分开了，张角为γ，最后折射到空气再进一步分开。eOABDCO••e•••••第四十六页，共五十三页，编辑于2023年，星期日o光发生全反射n加=1.55n=e1.516n=1.6584onon加>............900φoe220680oeAMCN自然光加拿大树胶光轴n=e1.4864~1.6584φ=770>临界角，且六、尼科耳棱镜n加>ne因为e光不会发生全反射所以第四十七页，共五十三页，编辑于2023年，星期日尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器。....七、应用A、汽车车灯与车玻璃前都装上与水平方向成45角的偏振片，可避免对方车晃眼。B、立体电影，滤光镜等。第四十八页，共五十三页，编辑于2023年，星期日§5偏振光干涉AoeAA