光的偏振教学

光的偏振教学第一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日线偏振光●部分偏振光●右旋圆偏振光圆偏振光本章主要讲偏振光的产生(起偏)和检验(检偏)左旋椭圆偏振光椭圆偏振光第二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日1.自然光:一.偏振态的表示:E●传播方向E偏振面

任意时刻，可以把每个光矢量分解成相互垂直的两个光矢量分量，自然光可以用下图表示。每个光矢量分量的光强等于自然光光强的一半。···●第三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日2.线偏振光线偏振光●光矢量与板面斜交3.部分偏振光部分偏振光●............·····光振动垂直板面光振动平行板面相互独立的●第四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日

y

yx

z传播方向

/2x某时刻右旋圆偏振光E随z的变化E

04.圆偏振光\椭圆偏振光右旋圆偏振光可以看作互相垂直的两个线偏振光的合成.且y向光矢量的振动位相超前π/2;如果y向落后π/2形成左旋圆偏振光.;如果它们的振幅相等可得正椭圆偏振光.第五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日二.起偏:1.线偏振光:①偏振片:

是用某种晶粒(碘硫酸金鸡钠)按一定方式涂在一层薄的透明膜上制成.它具有强烈的二向色性：只允许某一方向的光通过-----偏振化方向.I0偏振化方向自然光线偏振光偏振片1/2I0非偏振光I0线偏振光IP偏振化方向(透振方向)···(也可直接利用某些晶体的二向色性---电气石)第六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日②玻璃片堆利用玻璃堆获得偏振光.......................线偏振光自然光入射i0(玻璃片足够多时)第七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日..........in1n2r以任意角度入射以任意角度入射时，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。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+=i0第八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日i=i0时，反射光只有S分量i0

—布儒斯特角或

起偏角i0

+r0=90O由

有—布儒斯特定律(1812年)·····n1n2i0i0r0线偏振光··S起偏振角··若n1

=1.00(空气)，n2=1.50(玻璃)，则：第九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日③利用晶体特性制成的各种偏振棱镜尼科耳棱镜:偏光镜:

格兰─汤姆孙棱镜偏光分束镜:

沃拉斯顿棱镜·12方解石方解石·······oe光轴光轴·············光轴方解石玻璃树胶(n=1.655)eo吸收涂层i............900φoe220680oeAMCN自然光加拿大树胶光轴..第十页，共四十七页，编辑于2023年，星期日◆散射光的偏振zxpy入射自然光B散射光(部分偏振光)散射光

(线偏振光)散射光

(自然光)第十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日2.部分偏振光◆反射与折射◆散射◆一般晶体的二向色性..........in1n2r以任意角度入射第十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日3.圆偏振光\椭圆偏振光◆利用晶体波片.使λ的线偏振光一分为二,产生互相垂直的有固定位相差的两个线偏振光其合成光束一般为椭圆偏振光.如果波片的厚度使得:线偏振光椭圆偏振光圆偏振光....自然光线偏振光.波片第十三页，共四十七页，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三.光在晶体中的传播,双折射第十四页，共四十七页，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十五页，共四十七页，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十六页，共四十七页，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十七页，共四十七页，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十八页，共四十七页，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十九页，共四十七页，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二十页，共四十七页，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二十一页，共四十七页，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二十二页，共四十七页，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二十三页，共四十七页，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二十四页，共四十七页，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二十五页，共四十七页，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二十六页，共四十七页，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二十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日···

方解石oeeo···◆双折射-----折射光分成两束,且都是线偏振光1.双折射的概念(晶体各向异性)......eo.......oeACDB(垂直入射时e光也不沿原方向)第二十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期日◆寻常光和非寻常光o光:遵从折射定律e光:一般不遵从折射定律e光折射线也不一定在入射面内。◆晶体的光轴光轴：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。780102078078010201020光轴光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴第二十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期日单轴晶体：只有一个光轴的晶体(方解石、石英)双轴晶体：有两个光轴的晶体（云母、硫磺）◆主平面和主截面主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面····主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。

★

O光及E光都为线偏振光。第三十页，共四十七页，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。........光轴方向光e光o★O光的振动方向垂直其主平面.e光的振动方向在其主平面内.◆晶体的主折射率，正晶体、负晶体第三十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期日votvet光轴

负晶体(vo<ve)子波源························vot光轴o光:

n0，ne称为晶体的主折射率

正晶体:ne>no负晶体

:ne<no子波源votvet光轴

正晶体

(vo>ve)e光:(e<o)(e>o)e光传播方向不同,传播速度也不同。光轴第三十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期日◆单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(e>o)★光轴平行晶体表面，自然光垂直入射····

eoeo光轴晶体····

o,e在方向上虽没分开，但速度上是分开的。★光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射······o

e晶体光轴····

e方解石光轴······o

eo此时e光的波面不再与其波射线垂直了第三十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期日◆解释起偏中提到的二个问题:方解石:负晶体votvet光轴负晶体(vo<ve)子波源............900φoe220680oeAMCN自然光加拿大树胶光轴尼科耳棱镜:(加拿大树胶.方解石)第三十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期日偏光镜:格兰─汤姆孙棱镜偏光分束镜

:

沃拉斯顿棱镜·12方解石方解石·······oe光轴光轴·············光轴方解石玻璃树胶(n=1.655)eo吸收涂层i第三十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期日★★晶体相移器件，圆和椭圆偏振光的起偏

波片─相位延迟片波片是光轴平行表面的晶体薄片。ydxAAoAe线偏振光光轴λ

通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差：AAoAe光轴P

振幅关系第三十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期日从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。时为圆偏振光△.四分之一波片从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）——线偏振光→线偏振光——线偏振光→圆偏振光第三十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期日四.检偏:起偏器都可以用做检偏器1.马吕斯定律:I0IPPE0E=E0cos马吕斯定律（1809）——消光第三十八页，共四十七页，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，光强发生变化偏振片偏振片第三十九页，共四十七页，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，光强发生变化第四十页，共四十七页，编辑于2023