第17章 波动光学(三) 第五版

第十七章波动光学

三、光的偏振§17-13偏振光和自然光1.自然光E没有优势方向自然光的分解

一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。自然光的表示法：···1.自然光自然光2.

线偏振光E播传方向振动面面对光的传播方向看线偏振光线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyEx

yx

线偏振光的表示法：·····光振动垂直板面光振动平行板面线偏振光3.

部分偏振光部分偏振光的分解

部分偏振光

部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。部分偏振光的表示法：······平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强··§17-14起偏和检偏马吕斯定律1.起偏和检偏起偏的原理：利用某些材料在光学性质上的各向异性。起偏：从自然光获得偏振光。起偏器:起偏的光学器件。1.1偏振片微晶型分子型xyzz入射电磁波电气石晶片·非偏振光线偏振光光轴··线栅起偏器起偏和检偏偏振片的起偏非偏振光I0线偏振光IP偏振化方向(透振方向)检偏：用偏振器件分析、检验光的偏振态···起偏和检偏起偏和检偏起偏和检偏I?P待检光2.2思考

I不变

待检光是什么光

I变，有消光

待检光是什么光I变，无消光

待检光是什么光起偏和检偏2.马吕斯定律P

I0IPE0

E=E0cos

马吕斯定律（1809）——消光2.马吕斯定律例题17-13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马吕斯定律§17-15反射和折射时光的偏振

1.反射光和折射光的偏振自然光反射和折射后产生部分偏振光·······n1n2iir·······n1n2i0i0r0线偏振光··S··自然光以入射后反射光为完全偏振光起偏振角2.布儒斯特定律实验证明：i=i0时，反射光只有S分量i0

—布儒斯特角或

起偏角并且i0

+r0=90O由

有——布儒斯特定律(1812年)n1·····n2i0i0r0线偏振光··S··反射光和折射光的偏振非布儒斯特角入射，反、折射光均为部分偏振光。

布儒斯特角入射，反射光为线偏振光，折射光为部分偏振光。反射光和折射光的偏振

对空气与玻璃组合的情况，n1

=1.00(空气)，若n2=1.50(玻璃)，则：反射光和折射光的偏振外腔式激光器谐振腔布儒斯特窗···········i0i0·激光输出M1M2··i0i03.应用举例3.1激光器谐振腔反射光和折射光的偏振玻璃片堆：用以增大反射光的强度和折射光的偏振化程度。当i=i0时，反射光强度I和反射光的强度I之比为自然光从空气→玻璃············i0(接近线偏振光)··················玻璃片堆3.2玻璃片堆反射光和折射光的偏振

3.2玻璃片堆检偏若反射光光强不变则入射光是自然光若反射光光强变且有消光则入射光是线偏振光············i0··················若反射光光强变且无消光则入射光是部分偏振光让待检光以布儒斯特角入射到界面上，以入射线为轴旋转界面（保持不变）(接近线偏振光)反射光和折射光的偏振§17-16光的双折射1.寻常光和非常光

一束入射光经某些晶体折射后可分成两束光线的现象称为双折射。实验表明，双折射现象中的两束折射光线都是线偏振光，分别称为寻常光和非常光。双折射现象n1n2irore(各向异性媒质)自然光o光e光寻常光（o光）：

遵从折射定律非常光（e光）:一般不遵从折射定律注意：e光折射线也不一定在入射面内。寻常光和非常光2.光轴主平面当光在晶体内沿某个特殊方向传播时将不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。

光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体AB光轴102°方解石晶体(冰洲石)主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。o光光轴o光的主平面····e光光轴e光的主平面o光垂直于主平面e光平行于主平面光的主平面晶体的主折射率:因o、e光速率与传播方向有关，故3.

单轴晶体的子波波阵面o光:e光:晶体中e光的主折射率晶体中o光的主折射率o波面e波面光轴ve

tvo

t························vo

t光轴正晶体负晶体ve是e光沿垂直于光轴方向的传播速率。

正晶体:ne>no负晶体:

ne<no子波源vo

tve

t光轴vo

tve

t光轴

正晶体

(vo>ve)

负晶体

(vo<ve)

子波源(

e<o)(

e>o)单轴晶体的子波波阵面4.惠更斯原理在双折射现象中的应用———确定波阵面的作图法4.1光轴平行于晶体表面，自然光垂直入射······

eoeo光轴方解石晶体··

o、e光在方向上虽没分开，但速度上是分开的。4.2光轴平行于晶体表面且垂直于入射面，自然光斜入射····方解石晶体

光轴ir0reo

········

oΔt

eΔteo

ecΔt惠更斯原理在双折射现象中的应用4.3光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射此时e光的波面不再与其波线垂直了。·······o

e晶体光轴····

e方解石光轴···o

eo··惠更斯原理在双折射现象中的应用5.晶体偏振器械ACNM······ACNMeeo尼科耳棱镜5.晶体偏振器械沃拉斯顿棱镜·12方解石方解石·······oe光轴光轴··6.晶体的二向色性和偏振片

利用晶体的二向色性，可获得线偏振光。····光轴e光电气石光轴

某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，这叫晶体的二向色性。右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光y

yx

z传播方向

/2x某时刻右旋圆偏振光E随z的变化E01.

圆偏振光和椭圆偏振光

§17-17椭圆偏振光和圆偏振光偏振光的干涉椭圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光1.1椭圆偏振光和圆偏振光的获得方法d双折射晶片C

单色自然光偏振片P1偏振化方向光轴方向椭圆偏振光透过双折射晶片后，o光和e光的相位差为o光和e光叠加后仍为线偏振光；o光和e光叠加后成为椭圆偏振光。椭圆偏振光和圆偏振光1.2波片(又称相位延迟片)波片是按一定要求切割（例如光轴平行于表面）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

椭圆偏振光和圆偏振光

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、相位差为

的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。时为圆偏振光o光和e光的振幅，与晶片光轴和入射的线偏振光振动方向的夹角有关：椭圆偏振光和圆偏振光

(1)四分之一波片——线偏振光→圆偏振光——线偏振光→线偏振光从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）——线偏振光→椭圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光(2)二分之一波片使线偏振光振动面转过2

角度。

A0入A0出A入A出Ae入=Ae出入光轴椭圆偏振光和圆偏振光（3）椭圆偏振光与圆偏振光的检偏用四分之一波片和偏振片P可区分出入射光是自然光或圆偏振光部分偏振光或椭圆偏振光d偏振片P光轴方向入射光椭圆偏振光和圆偏振光

四分之一波片圆偏振光自然光自然光线偏振光

偏振片（转动）线偏振光

I不变线偏振光I变,有消光以入射光方向为轴

四分之一波片椭圆偏振光部分偏振光线偏振光

偏振片（转动）线偏振光I变,有消光

部分偏振光光轴平行于最大光强或最小光强方向放置光轴平行于椭圆偏振光的长轴或短轴放置线偏振光I变,无消光椭圆偏振光和圆偏振光2.偏振光的干涉2.1偏振光干涉装置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P1的出射光为线偏振光，经C成为o、e两束偏振光，再经P2后，发生干涉。2.2偏振光干涉的分析（1）振幅关系P2P1CA1AeAoA2oA2e

通过P2

后，两束光的振动方向平行，振幅为：偏振光的干涉通过晶体C后的两束光是相干光，相位差为：此两束光合成为一束椭圆偏振光。通过P2

后相位差为：（2）相位关系—相长干涉—相消干涉偏振光的干涉若为单色光入射，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。偏振光的干涉例题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