物理光学（第6版）课件 第7章 光的偏振与晶体光学基础

7.1

从自然光获得线偏振光偏振现象证实了光的横波性。振动方向和传播方向垂直的波叫横波。面动振一、自然光与偏振光（1）在垂直光传播的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，振动方向无规则性（2）可以看成由两个振动方向相互垂直，振幅相等，没有固定位相关系的线偏振光的叠加。XYZ

1.自然光没有优势方向自然光的分解分解

1）线偏振光（Linearlypolarizedlight）

2）圆偏振光（Circularlypolarizedlight）：3）椭圆偏振光（Ellipticallypolarizedlight）：

2、偏振光

光的电矢量方向和大小有规则变化的光1）线偏振光振动面ZX光矢量方向不变，其大小随位相变化Linearlypolarizedlight2）圆偏振光光矢量大小不变，其方向绕传播方向均匀转动，且矢量末端轨迹为圆Circularlypolarizedlight光矢量大小和方向都在有规律地变化，矢量末端轨迹为椭圆。3）椭圆偏振光Ellipticallypolarizedlight右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光规定：迎着光线看（对着光的传播方向），光矢量——顺时针转的称右旋圆(椭圆)偏振光；逆时针转的称左旋圆(椭圆)偏振光。圆（椭圆）偏振光的左旋或右旋yx圆偏振光的分解圆（椭圆）偏振光=由两个振动方向相互垂直、有固定位相关系

的线偏振光的叠加。yx椭圆偏振光的分解yx圆（椭圆）偏振光的分解3、部分偏振光部分偏振光介于自然光与偏振光之间。在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量都有，但振幅不对称，在某一方向振动较强，而与它垂直的方向上振动较弱。两垂直方向光振动之间无固定的位相差。自然光和部分偏振光

偏振度

It—总强度Ip—完全偏振光的强度定义In—自然光的光强

自然光和部分偏振光

偏振度

线偏振光P

=1自然光P

=0部分偏振光0<P<1P的取值范围：1）利用反射和折射2)利用二向色性3)利用晶体的双折射4)利用散射。二、从自然光获得线偏振光的方法布儒斯特角的性质光矢量平行于入射面的p波，光矢量垂直于人射面的s波。由于这两个波的反射系数不同，因此反射光和折射光一般地就成为部分偏振光。当入射光的入射角等于布儒斯特角时，反射光成为s波的线偏振光。用玻璃片堆获得偏振光1.利用反射和折射获得线偏振光用玻璃片堆获得偏振光外腔式气体激光器输出线偏振光1.利用反射和折射获得线偏振光偏振分光镜天然：某些各项异性的晶体对不同振动方向的偏振光有不同的吸收系数的性质。人造：H偏振片、K偏振片等等2.利用二向色性获得线偏振光常见：聚乙烯醇薄膜常见：电气石马吕斯定律3.马吕斯定律和消光比消光比：最小透射光强与两偏振器件透光轴互相平行时的最大透射光强之比。验证马吕斯定律和测定消光比的实验装置7.2晶体的双折射

与图形表示191.双折射（DoubleRefraction）现象一、

双折射现象的规律202.o光和e光寻常光（Ordinarylight,o光）非寻常光（Extraordinarylight,e光）实验证明：o光和e光均为线偏振光.213、光轴(Opticalaxis)在光轴方向上，no=ne分类：单轴晶体uniaxiscrystal

如：方解石(Calcite)、石英(Quartz)

双轴晶体biaxiscrystal

如：云母(Mica)蓝宝石(Sapphire）双折射晶体内存在一个特殊的方向不发生双折射晶体的光轴224、主平面(Principalplane)和主截面(Principalsection)主平面：光线+光轴

o光主平面：o光和晶体光轴组成的面为o主平面e光主平面：e光和晶体光轴组成的面为e主平面主截面:

光轴+晶体表面法线入射光e光e光O光O光一般情况下o、e主平面不重合CCO光主平面e光e光主平面主平面：光的传播方向+光轴

构成的平面主截面光轴+晶面法线(Normalline)的平面方解石109oo71CCCC当入射光在主截面内时，o光、e光振动方向互相垂直o光、e光主平面、主截面重合入射光、法线、光轴在同一平面1.单轴晶体中光波的传播xyz(光轴)o光：波阵面是球面e光：波阵面是旋转椭球面沿光轴方向e光与O光具有相同的速率eo⊙光轴

二、

惠更斯原理作图与双折射

2.正晶体、负晶体vovevove（如方解石）负晶体正晶体（如石英）主折射率

、

主速度z光轴z光轴几种单轴晶体的主折射率

晶体方解石白云石石英冰1.65841.4864-0.17201.6811.500-0.1811.544241.55335+0.00891.3091.313+0.004ennOennO对钠黄光波长=589.3nm3、用惠更斯作图法说明双折射现象方解石a.光轴平行于界面,光垂直入射到界面上.光轴

ooee石英

光轴ooee

ABAB光线透过该厚度为d的晶体后，

o光、e光的光程差为：出射光沿同方向传播，具有相互垂直的偏振方向，但传播速度不相同，认为也产生了双折射现象。方解石光轴

ooee光线透过该厚度为d的晶体后，

o光、e光的光程差为：出射光沿同方向传播，具有相互垂直的偏振方向，但传播速度不相同，认为也产生了双折射现象。石英

光轴ooee

b.平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴垂直于晶体表面。出射光沿同方向传播，具有相互垂直的偏振方向，传播速度相同，不产生双折射现象。c.平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表面斜交出射两束偏振方向相互垂直的线偏振光BF空气方解石d.光轴在入射面内光轴

光轴7.3晶体光学器件

取一块长度约为宽度三倍的方解石晶体，将两端磨去约30，使主截面上的角度为680。1.尼科耳棱镜（TheNicolprism）将晶体沿着垂直于主截面及两端面的平面ABCD切开、磨平；再用加拿大树胶粘合起来一、

偏振棱镜1.尼科耳棱镜（TheNicolprism）原理缺点：1.价格昂贵；

2.不适合高度会聚或发散的光束；

3.入射光束与出射光束不在同一直线上e优点：对可见光透明度高，能产生完善的线偏振光尼科耳棱镜的应用：起偏和检偏

2.格兰棱镜（Glanprism）e

光几乎不改变方向；o

光在方解石界面上全反射后被吸收。优点：出射光与入射光同在一直线上3.渥拉斯顿棱镜(Wollastonprism)两块直角方解石光轴相