第20章　光的偏振

第二十章

光的偏振返回主目录一偏振现象

光矢量振动面v0HE只有横波才有偏振现象。20-1自然光与偏振光

横波

光矢量

的振动方向总与光的传播方向垂直，在垂直于光传播方向的平面内,

可有不同的振动方向。2振动面：光矢量与传播方向组成的平面。1横波的偏振性第二十章光的偏振光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动状态。可分为下列5种：线偏振光、自然光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光3偏振态没有优势方向

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：···自然光的分解普通光源发出的光,在垂直于传播方向的平面上,所有可能方向的光矢量E的振幅都相等。0第二十章光的偏振二自然光—三线偏振光--光矢量只在某一固定的方向上振动。E播传方向振动面线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解。·面对光的传播方向看EEyEx

yx

0线偏振光的表示法：·····光振动垂直板面光振动平行板面第二十章光的偏振

在垂直于传播方向的平面上,一些方向的光振动比另一些方向的光振动占优势。

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··四部分偏振光部分偏振光的分解第二十章光的偏振偏振片所允许通过的光振动方向称为该偏振片的偏振化方向.

表示方法：用记号“↕”表示偏振化方向自然光偏振片线偏振光

20-2偏振片的起偏和检偏马吕斯定律一偏振片

一种能使自然光变为偏振光的人造透明薄片.第二十章光的偏振

偏振片

偏振化方向二偏振片的起偏和检偏自然光通过偏振片后成为偏振光，这就是起偏振，而这种偏振片就叫做起偏振器.偏振片可以检查某一光波是否是偏振光，这就是检偏振，而这种检验偏振光的偏振片就叫做检偏振器.第二十章光的偏振

检偏振器:

起偏振器:

图a:B的偏振化方向与偏振片A的偏振化方向平行,从B射出的光强度大，最亮.三马吕斯定律

表达式:

证明:马吕斯定律证明用图第二十章光的偏振图b:B的偏振化方向与偏振片A的偏振化方向成夹角,从B射出的光强度随角变化而变化.(I:透射光强Io:入射光强:偏振化方向夹角)

表示入射线偏振光的光振方向,表示检偏器偏振化方向，两者的夹角为.将入射光光矢量分解为两个相互垂直的分量和，其中只有平行于检偏器偏振化方向的分量可通过检偏器.所以透射光的振幅，由于光强与光振幅平方成正比，故有所以与此前观察结论一致例题20-1有两个偏振片，其中一个用作起偏器，另一个用作检偏器.（1）它们的偏振化方向间夹角为30o时观测一束自然光，当它们间的夹角为60o时光测另一束自然光，发现从检偏器透过的两束光强相等，求自然光的强度比;（2）如果投`第二十章光的偏振则,

射到检偏器的偏振光强度为Io，要求透射光的强度降低为原来的1/4，则检偏器应绕入射光方向转过多少度？解：（1）设这两束自然光的强度分别为I1和I2，根据马吕斯定律及题给条件可得(2)不论检偏器沿哪个方向转动，都得到相同结果.第二十章光的偏振

一反射偏振

反射和折射过程会使入射的自然光有一定程度的偏振化，因为反射光对光振动方向有选择性，与入射面垂直的光振动容易反射。部分偏振光自然光部分偏振光20-3反射光和折射光的偏振第二十章光的偏振

反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一特定值i0

，且满足：这时反射光成为线偏振光。布儒斯特定律自然光线偏振光起偏振角布儒斯特角第二十章光的偏振部分偏振光二折射偏振i0(接近线偏振光)玻璃片堆最后获得两束振动方向互相垂直的线偏振光。

为了获得强度较大的线偏振光，可以让自然光通过许多平行玻璃片组成的玻璃片堆，最后透射出来的光就几乎成为完全偏振光.第二十章光的偏振

例题20-2一束平行的自然光，以58o角入射到平行玻璃表面，反射光束是偏振光，则透射光束的折射角是多少？玻璃的折射率是多少？解：当入射角为布鲁斯特角时，反射光为偏振光，此时反射光束与折射光束满足第二十章光的偏振

所以透射光束的折射角为由布鲁斯特定律，可得玻璃的折射率为一双折射现象

一束光射入各向异性晶体后有两束折射光的现象。n1n2iγoγe(各向异性媒质)自然光

寻常光线(o光):遵守折射定律。对于晶体一切方向都具有相同的折射率，且在入射面内传播。

非常光线(e光):不遵守折射定律。它的折射率随方向而变化，并且不一定在入射面内传播。o光和e光都是线偏振光,且振动方向相互垂直。

20-4双折射现象二寻常光和非常光第二十章光的偏振三晶体的光轴和主截面1晶体的光轴

在晶体中不发生双折射现象的特殊方向称做晶体的光轴.

晶体分单轴晶体与双轴晶体

沿光轴方向o光和e光的折射率相等2晶体的主截面

通过光轴并与任一天然晶面相正交的平面叫做晶体的主截面.

o光的振动方向垂直于晶体的主截面，e光的振动方向平行于主截面.第二十章光的偏振四

惠更斯原理对双折射现象的解释

以下四种情况是平行光在方解石晶体表面产生的双折射现象的图示.b光轴与晶体表面有一夹角且平面波正入射c光轴与晶体表面平行且平面波正入射d光轴与晶体表面平行且与入射面垂直a光轴在入射区内与晶体表面有夹角平面波斜入射第二十章光的偏振以b图为例,利用惠更斯原理解释如下:由图可知，在此情况下,虽入射光垂直入射,e光也不遵守折射定律。五应用双折射产生偏振光的仪器1

尼科耳棱镜

将两块特殊要求加工的直角方解石用特制树胶粘合成一体的长方形柱形棱镜．是利用方解石的双折射现象及光的全反射现象而获得线偏振光的仪器。第二十章光的偏振

为o光的新波阵面，AD线为o光在晶体中传播的方向；为e光的新波阵面，AE线为e光在晶体中传播的方向。2二向色性与人造偏振片

某些晶体（电气石、硫酸金鸡钠碱晶体等）对光振动有强烈的选择性吸收能力，这种性质称为二向色性。如电气石晶体对自然光的某一振动方向上的光振动几乎完全吸收，而垂直于该方向的光振动只稍微减弱后通过。

利用物质的二向色性制成的起偏装置称为偏振片。第二十章光的偏振20-5椭圆偏振光和圆偏振光波片一椭圆偏振光和圆偏振光◆若o光和e光相遇点处的光矢量合成时，末端轨迹是椭圆,则叫做椭圆偏振光;如果是圆，则叫圆偏振光.◆利用下图所示装置可以获得椭圆偏振光和圆偏振光.从起偏器得到的线偏振光，经过晶片后，成为相互垂直的o光和e光，两者的振幅分别为:,Am为入射偏振光的振幅,d为晶片厚度获得椭圆和圆偏振光装置第二十章光的偏振两者的光程差和位相差分别为:二波片◆

表面与光轴平行的晶体薄片称为波片.◆o光和e光的光程差为1/4波长的奇数倍的波片称为1/4波片，利用1/4波片可以使线偏振光变成圆偏振光.1/4波片的最小厚度为◆o光和e光的光程差为1/2波长的奇数倍的波片称为1/2波片，1/2波片不改变入射线偏振光的光矢量的振动轨迹，只改变其运动方向.1/2波片的最小厚度为第二十章光的偏振20-6偏振光的干涉人为双折射现象一偏振光的干涉偏振光的干涉第二十章光的偏振▲偏振光的干涉：偏振光通过晶片后成为两束相互之间有一定位相差而振动面相互垂直的偏振光.若使这两束光在通过偏振器，可发生干涉现象，这就是偏振光的干涉.▲干涉条件:当或干涉最强▲应用:采矿、冶金、材料工业及研究晶体的内部结构.二人为双折射现象▲在外界作用下，使各向同性媒质变成各向异性媒质，从而产生双折射的现象称做人为双折射现象.▲各向同性的非晶体在机械应力作用下变成各向异性并显示出双折射现象，称为光弹效应或应力双折射.▲某些晶体或液体在加电场作用下能显示出双折射现象，这种现象称为克尔效应.第二十章光的偏振当或干涉最弱其中20-7

旋光现象

线偏振光通过某些透明介质后，它的光振动方向将绕着光的传播方向旋转某一角度

的现象，称为旋光现象。这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。F为滤色片；M为起偏器；N为检偏器；旋光物体C（例如石英片）放在两个正交的偏振片M

与N

之间，将会看到视场由原来的暗变亮，把检偏器

N旋转一个角度，又可得到暗视场，该角即为

。

第二十章光的偏振

迎着光的传播方向观察，光矢量的振动方向按逆时针方向旋转，称为左旋偏振光，相应物质称左旋物质；反之为右旋偏振光，相应物质称右旋物质。

实验证明：振动面旋转的角度

与材料的厚度d

、浓度C、入射光的波长

以及温度有