波动光学：光的偏振

关于波动光学：光的偏振

光是电磁波，起视觉效应的是电场矢量(光矢量)

偏振态:光矢量的振动状态

五种偏振态：自然光，线偏振光,部分偏振光,椭圆偏振光,圆偏振光§7-1自然光和偏振光

在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光振动，且各个方向光矢量的振幅相等的光1.自然光（NaturalLight）第2页,共38页，2024年2月25日，星期天2.线偏振光（LinearlyPolarizedLight）光矢量只沿一个固定方向振动的光(又称平面偏振光)第3页,共38页，2024年2月25日，星期天振动面光矢量3.部分偏振光（PartiallyPolarizedLight）

在垂直于光传播方向的平面内，各方向都有光振动，但振幅不等的光第4页,共38页，2024年2月25日，星期天在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量以一定的频率旋转。矢量端点轨迹为椭圆时称其为椭圆偏振光，轨迹为圆时称其为圆偏振光4.圆偏振光和椭圆偏振光第5页,共38页，2024年2月25日，星期天偏振片

§7-2起偏与检偏马吕斯定律

偏振片（Polaroid）：吸收某方向光振动，而与其垂直方向的光振动能通过的装置偏振化方向偏振化方向：能通过光振动的方向一.起偏与检偏第6页,共38页，2024年2月25日，星期天★利用偏振片检验光线的偏振化程度，称为检偏★自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为起偏起偏检偏第7页,共38页，2024年2月25日，星期天二.马吕斯定律（Maluslaw）

----马吕斯定律第8页,共38页，2024年2月25日，星期天

▲

=0或

=1800时,I2=I1光强最强讨论：▲

=900或

=2700时,I=0光强最弱第9页,共38页，2024年2月25日，星期天[例1]两平行放置的偏振片,偏振化方向成300角,自然光垂直入射后,透射光与入射光的强度之比为多少?(分别讨论无吸收和10%的吸收的情况)解：无吸收时根据马吕斯定律第10页,共38页，2024年2月25日，星期天10%吸收时第11页,共38页，2024年2月25日，星期天[例2]如图,偏振片P1、P2，现以I1的自然光和I2的线偏振光同时垂直入射于P1，在E处观察通过P1和P2后的光强。(1)P1任意放置,将P2以光线方向为轴转动一周,计算并讨论这时在E处所观察到的光强变化情况；(2)要在E处得到最大光强,应如何实现?解：设P1、P2的偏振化方向夹角为

入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方向夹角为

第12页,共38页，2024年2月25日，星期天线偏振光：因I1〞和I2〞是非相干光即在E处观察到的光强随P2的转动而周期性变化对自然光：第13页,共38页，2024年2月25日，星期天在E处得到最大光强，须同时满足则时时第14页,共38页，2024年2月25日，星期天§7-3反射和折射时光的偏振一.部分偏振现象

自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，反、折射光均成为部分偏振光

特点：反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之第15页,共38页，2024年2月25日，星期天二.布儒斯特定律布儒斯特角由折射定律◆1812年布儒斯特发现，当入射角为某特定值时（

），反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光---布儒斯特定律第16页,共38页，2024年2月25日，星期天说明：★让自然光通过玻璃片堆，可使折射光的偏振化程度增加。玻璃片足够多时，可使折射光为完全偏振光★反射光光强较弱，折射光较强(它包含了全部的平行分量和大部分的垂直分量)★i=i0=tg-1n21时，反射光为线偏振光，而折射光仍然是部分偏振光,反射光与折射光垂直。第17页,共38页，2024年2月25日，星期天布儒斯特窗：第18页,共38页，2024年2月25日，星期天[例3]将一介质平板放在水中,板面与水平面的夹角为

，如图。已知折射率n水=1.333，n介质=1.681，要使水面和介质面反射光均为线偏振光,求

解：如图所示根据布儒斯特定律第19页,共38页，2024年2月25日，星期天又第20页,共38页，2024年2月25日，星期天1669年，巴托里奴斯（Bartholinus）发现：通过方解石（冰洲石，即CaCO3）观察物体时，物体的像是双重的。各向异性媒质（如方解石，石英等）时，将产生特殊的折射现象。各向同性媒质（如空气，水，玻璃等）中遵从折射定律。一.双折射现象（DoubleRefraction）

双折射双折双折方解石晶体寻常光(o光ordinary)：遵守折射定律非常光(e光extraordinary)：不遵守折射定律§7-4光的双折射现象第21页,共38页，2024年2月25日，星期天★当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转第22页,共38页，2024年2月25日，星期天二.双折射光的偏振特点1.概念★只有一个光轴(如方解石、石英)的晶体为单轴晶体；有两个光轴(如云母、硫磺)的晶体为双轴晶体★光轴(OpticalAxis)

：光线在晶体中沿某一方向传播时不发生双折射现象，这一方向称为晶体的光轴102°AD78°102°102°102°78°如：天然方解石晶体第23页,共38页，2024年2月25日，星期天

★主平面（principalplane）：e光光轴o光光轴··o光的主平面e光的主平面晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。说明(1)光轴在入射面时，o光主平面和e光主平面重合。(2)一般情况两个主平面并不重合。(3)o光和e光的光矢量方向相互垂直。第24页,共38页，2024年2月25日，星期天光轴法线o光e光e光不一定在入射面内，o光和e光的主平面并不重合2.特点★o光和e光均为线偏振光★

o光的振动方向垂直于它自己的主平面，e光的振动方向平行于它自己的主平面第25页,共38页，2024年2月25日，星期天o光光轴★光轴位于入射面内,o光和e光主平面重合(一般夹角很小)，此时o光与e光的振动方向相互垂直光轴e光光轴第26页,共38页，2024年2月25日，星期天三.双折射现象的解释

原因:o光在晶体内的速度是各向同性的,而e光却是各向异性的o光：子波波面为球面.e光：子波波面为椭球面第27页,共38页，2024年2月25日，星期天正晶体(positivecrystal)

负晶体(negativecrystal)

两光线只有在光轴方向速度相等，故两球面在光轴处相切。第28页,共38页，2024年2月25日，星期天光轴光轴

惠更斯原理解释（光轴在入射面内）斜射至晶体表面的平面波（光轴与表面斜交）平面波⊥入射（光轴与表面斜交）第29页,共38页，2024年2月25日，星期天光轴光轴平面波⊥入射，而光轴与晶体表面平行平面波⊥入射，而光轴与晶体表面垂直第30页,共38页，2024年2月25日，星期天加拿大树胶四.尼科尔棱镜方解石晶体第31页,共38页，2024年2月25日，星期天光轴对e光，疏

密对o光，密

疏全反射线偏振光第32页,共38页，2024年2月25日，星期天oeⅠⅡⅠⅡe光o光o光e光五、渥拉斯顿棱镜出射的是两束分得很开的振动方向相互垂直的线偏振光第33页,共38页，2024年2月25日，星期天六、晶体的二向色性二向色性：某些晶体对振动垂直的o光和e光有不同吸收的性质。利用晶体的二向色性可以从自然光中获得线偏振光。利用晶体的这种性质（二向