大学物理-光的偏振
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大学物理基础-光的偏振
束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大 值是最小值的 5 倍，那么入射光束中自然 光与线偏振光的光强比值为：
(A) 1/2 ; (C) 1/3;
(B) 1/5; (D) 2/3.
[A]
6.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直 入射其上时没有光线透过。当其中一偏振 片慢慢转动180 °时透射光强度发生的变 化为:
P1
P2
证明：由图所示，在t 时刻,
I1 I 0 / 2, I 2 I1 cos2
I
I
2
cos
2
2
P3
P2 P1
w
P3 2
I 0 cos2 sin 2 I 0 sin 2 2
2
8
I0
I1 w
I2
I
自然光
P1
I I 0 sin 2 2
8
I 0 (1 cos 4 )
16
I 0 (1 cos 4wt )
两偏振片
偏振化方向
夹角为 。
I0 P1
将通过 P1 的光 矢量振幅 A1 ，分解 为平行于P2 的分量 A2 和垂直于P2的分 量 A 。
I1
I2
P2
P2
P1 A1
A2 A
垂直分量 A 不能通过P2 ， 平行分量 A2 可通过 P2 。
P2
P1 A1
A2 A1 cos
A2
由于光强与光振幅平方成正比，
2.光波的特点：
由于光源发光是由大量原子发光组成， 每个原子发光的振动方向都是随机的，E 和 B 在各方向的振动都存在。可引起人的 视觉的只有 E 矢量（光矢量）。
每个光矢量可分解为两相互垂直的振动。
E
E
13.9.1 自然光
(A) 1/2 ; (C) 1/3;
(B) 1/5; (D) 2/3.
[A]
6.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直 入射其上时没有光线透过。当其中一偏振 片慢慢转动180 °时透射光强度发生的变 化为:
P1
P2
证明：由图所示，在t 时刻,
I1 I 0 / 2, I 2 I1 cos2
I
I
2
cos
2
2
P3
P2 P1
w
P3 2
I 0 cos2 sin 2 I 0 sin 2 2
2
8
I0
I1 w
I2
I
自然光
P1
I I 0 sin 2 2
8
I 0 (1 cos 4 )
16
I 0 (1 cos 4wt )
两偏振片
偏振化方向
夹角为 。
I0 P1
将通过 P1 的光 矢量振幅 A1 ，分解 为平行于P2 的分量 A2 和垂直于P2的分 量 A 。
I1
I2
P2
P2
P1 A1
A2 A
垂直分量 A 不能通过P2 ， 平行分量 A2 可通过 P2 。
P2
P1 A1
A2 A1 cos
A2
由于光强与光振幅平方成正比，
2.光波的特点：
由于光源发光是由大量原子发光组成， 每个原子发光的振动方向都是随机的，E 和 B 在各方向的振动都存在。可引起人的 视觉的只有 E 矢量（光矢量）。
每个光矢量可分解为两相互垂直的振动。
E
E
13.9.1 自然光
大学物理 11.8 光的偏振
光的波动性 光波是横波
机械横波与纵波的区别
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
机 械 波 穿 过 狭 缝
11.8 光的偏振
一、光的偏振态
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 E
0
H
v
光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。
自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光
1、自然光（非偏振光） 自然光在垂直其传播方向 的平面内，沿各方向振动的光 矢量都有，各方向的光矢量振 动方向和初相位是无规则随机 分布的，各方向上光矢量分布 均匀，而且各方向光矢量的振 幅也都相同，没有哪个方向上 的光矢量振动更占优势。 一般光源发出的光都是自然光.
π cos i0 sin cos( ) 2
sin i0 n2 sin n1
n2 sin i0 tan i0 n1 cos i0
i0
2
光的偏振
i0 i0
玻璃
n1 n2
i0
玻璃
n1 n2
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 n2 介 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
v
E
符号表示
可以用任意两个相互垂直且等幅的振动来表示，它们 是所有各个方向上的振动在这两个垂直方向上投影的 结果。
2、线偏振光（平面偏振光） 在垂直于光传播方向的平面内，光矢量只沿着一个固定 的方向振动。
光矢量的振动方向与光的传播方向所确定的平面称为振动面
E
振动面
符号表示
v
3、部分偏振光 某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光 符号表示
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关。 英国物理学家布儒斯特发现，当自然光的入射角满足 一定条件时，反射光为线偏振光。
机械横波与纵波的区别
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
机 械 波 穿 过 狭 缝
11.8 光的偏振
一、光的偏振态
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 E
0
H
v
光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。
自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光
1、自然光（非偏振光） 自然光在垂直其传播方向 的平面内，沿各方向振动的光 矢量都有，各方向的光矢量振 动方向和初相位是无规则随机 分布的，各方向上光矢量分布 均匀，而且各方向光矢量的振 幅也都相同，没有哪个方向上 的光矢量振动更占优势。 一般光源发出的光都是自然光.
π cos i0 sin cos( ) 2
sin i0 n2 sin n1
n2 sin i0 tan i0 n1 cos i0
i0
2
光的偏振
i0 i0
玻璃
n1 n2
i0
玻璃
n1 n2
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 n2 介 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
v
E
符号表示
可以用任意两个相互垂直且等幅的振动来表示，它们 是所有各个方向上的振动在这两个垂直方向上投影的 结果。
2、线偏振光（平面偏振光） 在垂直于光传播方向的平面内，光矢量只沿着一个固定 的方向振动。
光矢量的振动方向与光的传播方向所确定的平面称为振动面
E
振动面
符号表示
v
3、部分偏振光 某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光 符号表示
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关。 英国物理学家布儒斯特发现，当自然光的入射角满足 一定条件时，反射光为线偏振光。
(完整版)大学物理--光的偏振(完全)
偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭
头“ ”表示。 Io
偏振片
1 I 2 Io
• •• •
自然光
线偏振光
图
假如光是纵波，光强经过偏振片后强度会变吗？ 6
偏振片既可用作起偏器,又可用作检偏器。 若以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察透过 偏振片的光, 光强无变化的是自然光 光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光;
I1
Imax 5 1 2I2 , I2 2
I min
I1 I1
即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。
11
§15.3 反射和折射时光的偏振
1. 反射和折射时光的偏振 布儒斯特定律
•
•i •
•• ••
n1
n2
•
图
•
一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光： 在反射光中, 垂直振动多于平行振动; 在折射光中, 平行振动多于垂直振动。 这里所说的“垂直”和“平行”是对 入射面而言的。
方法二利用布儒斯特现象获得线偏振光 12
1812年，布儒斯特由实验证明：当入射角io满足
tgio
n2 n1
•
•
•
• io •
• •
n1
r•
n2
图
•
时, 反射光成为只有垂直振动的线偏振光。这就是 布儒斯特定律。角io称为布儒斯特角。
式中n1为入射媒质的折射率, n2为折射媒质的折射率。
13
(1)当以布儒斯特角入射时，反射光线折射光线，
当且仅当 tgio
n2 n1
时，反射光才是线偏振光。且
n1>n2或n1<n2都可以。
•
•
•
而全反射：入射角i i临
大学物理——光的偏振
教学重点
（1）光的起偏、检偏及其光强的变化规律
（2）马吕斯定律
教学手段
口授、板书、插图、多媒体
教学方法
用插图结合动画，直观地介绍偏振光的几种偏振态及其特征，顺序引出几种偏振光的产生和检验。
教学内容
教学设计
光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，还不能确定光是横波还是纵波。
问题：光是横波还是纵波？
偏振现象是横波最有力的实验证据，横波的振动方向对传播方向没有对称性，振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。光波是电磁波，电振动矢量和磁振动矢量都与传播速度垂直，因此，光波是横波，具有偏振性。在光和物质相互作用的过程中，主要起作用的光波的电场强度矢量，称为光波的光矢量。
★课后思考题
1.两块性质完全相同的偏振片平行放置，其通光方向P1，P2间夹角为 /6。光强为I0的自然光垂直入射，经过第一块偏振片后的光强为0.32I0，求经过第二块偏振片后的出射光强（有吸收情况）？
2.光在两种介质的表面折射时，是否都遵守折射定律？
程守洙等主编的《普通物理学》第十九章课后作业选做两题
（5）圆偏振光
圆偏振光在旋转过程中强度相同，其它特征与椭圆偏振光相同。
★椭圆和圆偏振光的理论解析，应提醒学生注意椭圆偏振光和圆偏振光的区别。
教学内容
教学设计
三、起偏、检偏与马吕斯定律
（1）相关概念
起偏：将自然光变为线偏振光的过程，称为起偏
起偏器：使自然光线变为线偏振光线的光学仪器，称起偏器
检偏：检验某束光是否为偏振光的过程，称为检偏
由题意可知
解得：
自然光所占的百分比： ，线偏振光所占的百分比：
例题2.强度相等的自然光与线偏振光混合在一起，透射几个叠加在一起的偏振片求：（1）欲使最后出射光振动方向垂直于原入射光线中的线偏振光的振动方向，且入射光中两种成分的光在出射光线中强度相等，至少需要几个偏振片？它们的偏振化方向如何？
（1）光的起偏、检偏及其光强的变化规律
（2）马吕斯定律
教学手段
口授、板书、插图、多媒体
教学方法
用插图结合动画，直观地介绍偏振光的几种偏振态及其特征，顺序引出几种偏振光的产生和检验。
教学内容
教学设计
光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，还不能确定光是横波还是纵波。
问题：光是横波还是纵波？
偏振现象是横波最有力的实验证据，横波的振动方向对传播方向没有对称性，振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。光波是电磁波，电振动矢量和磁振动矢量都与传播速度垂直，因此，光波是横波，具有偏振性。在光和物质相互作用的过程中，主要起作用的光波的电场强度矢量，称为光波的光矢量。
★课后思考题
1.两块性质完全相同的偏振片平行放置，其通光方向P1，P2间夹角为 /6。光强为I0的自然光垂直入射，经过第一块偏振片后的光强为0.32I0，求经过第二块偏振片后的出射光强（有吸收情况）？
2.光在两种介质的表面折射时，是否都遵守折射定律？
程守洙等主编的《普通物理学》第十九章课后作业选做两题
（5）圆偏振光
圆偏振光在旋转过程中强度相同，其它特征与椭圆偏振光相同。
★椭圆和圆偏振光的理论解析，应提醒学生注意椭圆偏振光和圆偏振光的区别。
教学内容
教学设计
三、起偏、检偏与马吕斯定律
（1）相关概念
起偏：将自然光变为线偏振光的过程，称为起偏
起偏器：使自然光线变为线偏振光线的光学仪器，称起偏器
检偏：检验某束光是否为偏振光的过程，称为检偏
由题意可知
解得：
自然光所占的百分比： ，线偏振光所占的百分比：
例题2.强度相等的自然光与线偏振光混合在一起，透射几个叠加在一起的偏振片求：（1）欲使最后出射光振动方向垂直于原入射光线中的线偏振光的振动方向，且入射光中两种成分的光在出射光线中强度相等，至少需要几个偏振片？它们的偏振化方向如何？
大学物理-14章：光的偏振
A (2n) s2
As1 sin
2n
i2
i0
A (2n) P2
AP1
. 在拍摄玻璃窗内的物体时， 去掉反射光的干扰
未装偏振片
装偏振片
▪ 这张照片拍摄时没有加偏振滤镜，玻璃面 上的反射光现象很明显。此照片拍摄时相 机指向与玻璃大约成45度角。
▪ 这张照片是加上偏振滤镜后拍摄的。相机指向与 玻璃仍然是45度角左右。可以看出，虽然偏振滤 镜消去了大部分的反射光，但是仍然有一部分反 射光存在。这是因为在45度角离布儒斯特角甚远， 玻璃面上的反射光是部分偏振光，偏振滤镜无法 把这样的反射光全部滤去。
反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光
n1 sin i10 n2 sin i2
n1 sin tg i10
i10
n2 n2 n1
sin( 900 i10) n2 cos i10
----布儒斯特定律
若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，则：
三 折射光的偏振态
As2 2sini2 cosi1 As1 sin(i1 i2 )
解：设P1、P2的 I1 P1 I1' P2 I1' ' E
偏振化方向夹
角为
I2
I2' I2''
入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方
向夹角为
对自然光：
I1'
1 2
I1
I1''
1 2
I1
cos2
线偏振光：
I2' I2 cos2 I2 '' I2 cos2 cos2
因I1’’和I2’’是非相干光
(900 ) (900 i2 ) 180
大学物理光的偏振
光的偏振
1.自然光 非偏振光
在垂直光传播方向的平面内,光矢量大小在所有可能方向上都
相等,各矢量之间没有固定的相位关系,这种光称为自然光,
IxA x 2 A i2x
IyA y 2 A i2y
Ix
Iy
1 2 I0
2.线偏振光
光的振动方向在同一平面内,只 沿某一固定方向振动的光,
平面偏振光 完全偏振光
E v
振动面
3.部分偏振光
3
某一方向的光振动比与其垂直方向上的 光振动占优势的光,称为部分偏振光,
4.椭圆偏振光和圆偏振光
频率相同,振动方向互相垂直,且有固定 相位差的两列线偏振光的合振动,
xAxcos(t1) yAycos(t2)
满足椭圆方程,合成椭圆偏振光
x2 Ax2
A y2y2
2 xy cossin2
d 晶体厚度 晶体的旋光度 率
2 液体: d
溶液浓度 旋光率
左旋
24
右旋
2 磁致旋光
VlB
l : 样品长度 B : 磁场 V : 费尔德常数
偏振总结
25
1.起偏方法 吸收起偏,反射,折射,晶体双折射
2.检偏方法
3.马吕斯定律 I I0 cos2
4.布儒斯特定律
tg i0
n2 n1
i0 900
产生附加相位差,
通过第二片偏振片后O光和e光是相干光,合成光强为
IA 2 2A o 2 2A e 2 2 2 A 0 2A e2c o s(2)
1
3 6
I0
29
例3. 用方解石晶体 负晶体 切成一个截面为正三角形的棱镜, 光轴方向如图,若自然光以入射角 i 入射并产生双折射,试 定性地分别画出 o 光和 e 光的光路及振动方向,
大学物理第6章-光的偏振
起偏 检偏 马吕斯定律 (polarizing, analyzing and Malus law)
1.偏振片(polarizing plate), 起偏, 检偏
1)偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件
(6)
2)偏振片的用途
(a)作起偏振器
I0
I0/2
(b)作检偏振器
偏振光
光强为零 (消光)
2.波片(wave plate)
(23)
出波片C 时, o光和e光的振动:
A
Ao
Ae
光轴
P1
偏振片P1
单色自然光
波片C
d
x
y(光轴)
A
Ae
Ao
光轴
d
e光
o光
所以
则
合成为线偏振光
合成为正椭圆偏振光
合成为斜椭圆偏振光
合成为圆偏振光
k=0, 1, 2,
1) 1/4波片
思考: (1)线偏光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?
O
z
O
z
部分偏振光的分解
部分偏振光
·
·
·
·
·
·
·
·
图示法
(4)
部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。
(5)
4.椭圆和圆偏振光(elliptic and circular polarized light)
Ex
Ey
E
x
y
y
x
z
x
y
x
Ex
Ey
E
y
z
光矢量E的大小和方向在垂直于传播方向的平面上有规律地变化, 光矢量末端轨迹为椭圆称为椭圆偏振光;末端轨迹为圆称为圆偏振光。
1.偏振片(polarizing plate), 起偏, 检偏
1)偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件
(6)
2)偏振片的用途
(a)作起偏振器
I0
I0/2
(b)作检偏振器
偏振光
光强为零 (消光)
2.波片(wave plate)
(23)
出波片C 时, o光和e光的振动:
A
Ao
Ae
光轴
P1
偏振片P1
单色自然光
波片C
d
x
y(光轴)
A
Ae
Ao
光轴
d
e光
o光
所以
则
合成为线偏振光
合成为正椭圆偏振光
合成为斜椭圆偏振光
合成为圆偏振光
k=0, 1, 2,
1) 1/4波片
思考: (1)线偏光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?
O
z
O
z
部分偏振光的分解
部分偏振光
·
·
·
·
·
·
·
·
图示法
(4)
部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。
(5)
4.椭圆和圆偏振光(elliptic and circular polarized light)
Ex
Ey
E
x
y
y
x
z
x
y
x
Ex
Ey
E
y
z
光矢量E的大小和方向在垂直于传播方向的平面上有规律地变化, 光矢量末端轨迹为椭圆称为椭圆偏振光;末端轨迹为圆称为圆偏振光。
大学物理光的偏振
（A）
玻璃门表面的 反光很强
（B）
用偏光镜减弱 反射偏振光
（C）
用偏光镜消除 反射偏振光， 使玻璃门内的 人物清晰可见
例1：一束自然光从空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布 儒斯特角，则在界面2的反射光为（ B ）
A)自然光 B) 线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C)线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D) 部分偏振光
z
y x
左旋光 . 分 右旋光 .
实际为相差为 /2 两垂 直方向线偏振光的合成
部分偏振光 partial polarized light
光矢量振动方 向的角分布不均匀
部分偏振光示意图
=
+
光矢量投影
部分偏振光可视 为自然光与线偏振光 的叠加。
自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见§24-3
光的偏振
的电场光强实度质E上 称是为电光磁矢波，量电。磁波都是横波。通常把光波中
对确定的传播方向，光矢量可能 的方向并不唯一。
所谓偏振是指：光矢量总是与光
的传播方向垂直的特性。 事实上就是电磁波的横波性
光矢量
传播方向
光矢量 振动方向
光的偏振
本章主要内容
§24-1 光的偏振状态 §24-2 线偏振光的获得与检验 §24-3 反射和折射时光的偏振
§24-1 光的偏振状态
偏振态——光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布）
非偏振光 通常光有三类不同的偏振态： 完全偏振光
部分偏振光
非偏振光——自然光
光矢量角分布均匀
在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都 有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定 的相位关系。
【大学物理】第12光的偏振
注意： 这个特定的角称为
布儒斯特角；
n1
i0
n2
r0
此时折射光仍为 部分偏振光；
入射角为起偏振角 时，反射光与折射
光互相垂直,是完全
偏振光。
sin i0 n2 sin r0 n1 又i0 r0 90
tgi0
sin i0 cos i0
sin i0 sin r0
n2 n1
n21
i临介 arcsin
e光出射成为偏振光
1.550 1.658
70
可用于起偏和检偏 （a） S （b）S （c）S
表示两尼科耳棱镜主截面的夹角
0
0 2
2
§12—6，7椭圆偏振光和圆偏振光 偏振光的干涉
1、波片：光轴平行于晶面的双折射晶体的薄片。
2、（1）当偏振光的振动面与波片的光轴成 角 00 , 900入射到厚度为l的波片内分成o、e
P2 A2
P3 A3
(b)
因而
A3
A1
cos
cos(
2
)
A1
cos
sin
1 2
A1 sin
2
所以
I3
1 4
I1
sin2
2
又由于
I1
1 2
I0
最后得
I
1 8
I0
sin
2
2
由此可见，当不断旋转P2时，透过P3的光强将在最强（I0/8）与零 之间作周期性变化。
§12－3反射和折射时的偏振 布儒斯特定律
时a=a/2，所以
0
大学物理20光的偏振
I I0 cos
2
例、已知自然光通过两个偏振化方向相交60°的偏振
片，透射光强为I1，今在 这两偏振片之间再插入另一 偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方 向均夹30°角，则透射光强为多少？
解：
Io
I
Io 2
I1
1 I 4
I1 I cos2 I cos2 60
折射光线的偏振态. . i
空气
. i
i0
n
无反射光
.i0
i0
二. 由折射获得偏振光
玻璃片堆法:
玻璃片堆
从玻璃片堆透射出来的折射光几乎为线偏振光, 其 振动面平行于入射面. ib n1 r n1 n2 n2
n2 tanib n1
n1 tanr n2
在任一面上的入射角均为布 儒斯特角。
[例]:如图, 已知 i0 = arctg n, i ≠i0 , 试画出反射光线和
1
P2
解： 光强经P1后小于0.5I0，说明 偏振片有吸收。
0.32I 0 透过率为 0.64 I0 0.5I 0
0.32I0
I =？
由马吕斯定律，通过P2后的出射光强为
I I1 cos2 0.64 0.32I0 cos2 30 0.15I0
考虑偏振片的吸收，马吕斯定律：
ib
ib 90
sin ib sin ib sin ib n2 tan ib cos ib cos( 90 ) sin n1
布儒斯特角 (起偏角)：
n2 称布儒斯特定律. ib arctan n1
n2 ib arctan n1
n1 =1.00 (空气)， 空气 → 玻璃 ib 5618 互余 n2 =1.50 (玻璃)， 玻璃 → 空气 ib 3342
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=自1然光 ( 非偏振光 )
P
=部0分偏振光
0<P<1
偏振度的另一种表示：P Imax Imin
Imax Imin
§2 偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
一. 起偏
• 起偏：从自然光获得偏振光
• 起偏器: 起偏的光学器
•件起偏的原理：利用某种光学的不对称性
• 偏振片 微晶型
非·偏·振·光
光轴 线偏振光
子波•源
no
(e>o)
正晶体 (vo > ve)
vet
光轴
vot• vet
子波源 负晶体 (vo < ve )
三. 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(e>o)
1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
·· ··
光轴
晶体
e ··o e ··o
o, e在方向上虽没分开，
但速度上是分开的。
2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面，
起偏振角
i = i0 时，反射光只有S分量 i 0 — 布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O
由 n1 sin i0 n2 sin r0 n2 cos i0
有
tg i0
n2 n1
n21
—布儒斯特定律 (1812年)
若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，
则：空气 → 玻璃
玻璃 → 空气
i0
tg 1
1.50 1.00
5618
i0
tg 1
1.00 1.50
3342
互余
二. 玻璃片堆起偏和检偏
1自.当起然i偏光=从i0时空气II 0→玻12 璃si·n·2·(·i·0·i0r0·)·······················
I
7%
I0
2. 检偏 ...
玻璃片堆
·· ····
垂直板面的光振动较强
四. 圆偏振光, 椭圆偏振光
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光E随z的变化
五. 偏振度
P
Ip It
Ip In I p
It —部分偏振光的总强度 In —部分偏振光中包含的自然光的强度
Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强 度完全偏振光 (线、圆、椭圆 ) P
例如，方解石晶体(冰洲石)
102° A
• 光轴是一特殊的方向,凡平 光轴 行于此方向的直线均为光轴。
B
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
4. 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。
o光的 主平面
····
e光的 主平面
光轴 o光
光轴
e光
主截面：晶体表面的法线与晶体光 轴构成的平面。
第三章 光的偏振 (Polarization of
light) §1 光的偏振状态
一. 线偏振光
传播方向
E
·
振动面
面对光的传播方向看
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
y
Ey
E
x
Ex
E x E cos E y E sin
线偏振光的表示法：
····· 光振动垂直板面
光振动平行板面
二. 自然光
没有优势方向
自然光斜入射
sin i sin ro
c
o
n0
sin i sin re
c
e
ne
····i ····cΔt
oeΔΔtt
r0 ·r·e e
o
• 光轴
··晶体
e o
3. 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射
·· ··
··
·· 晶体
光轴
光轴 ··· ···
oe oe
·· 方解石
oe
此时e光的波面不再与其波射线垂直了
i
1. 双折射
n2
(各向异
re
2.寻常光和非寻常光 性媒质) ro
e光 o光
o光 : 遵从折射定律 n1 sin i n2 sin ro e光 : 一般不遵从折射定律 sin i const
sin re
e光折射线也不一定在入射面内。
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生 双折射，该方向称为晶体的光轴。
偏光分no 束(1.镜658:沃4)＞拉n斯(顿1.5棱5)镜＞ne1(21方.4解光8石6轴o4·)
方解石 n0＞ne
光·轴···方解石··e ··
二. 晶体相移器件，圆和椭圆偏振光的起偏
1. 晶片─相位延迟片
晶片是光轴平行表面的晶体薄片。
二. 晶体的主折射率，正晶体、负晶体
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同, 光的传播速度也不同。
光轴
························votc
光轴 vot
o光: e光:
n0 0 o no ,
e
ne
c
e
n0 ，ne称为晶体的主折射率
光轴
正晶体 : ne> no
vet
(e< o) vot 负晶体 : ne<
电气石晶片
y x
分子型
入射 电磁波
z
z
线栅起偏器
• 偏振片的起偏 P
非偏振光I0
···
二. 马吕斯定律
I0
P
线偏振光 I
偏振化方向 (透振方向)
E0
I
ILeabharlann 1 2I0P
E=E0cos
I0
E
2 0
,
IE
2
E
2 0
cos
2
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I
，I
2
Imax I0
0 ——消光
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。
Ex Ey
I Ix Iy
自然光的表示法： · · ·
三. 部分偏振光
部分偏振光
部分偏振光的分解
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
(接近线偏振光)
*三. 散射光的偏振 1.散射光的产生 2.散射光的偏振
入射自然光
p
I()
振荡电偶极子电磁 辐射强度的角分布
y 散射光 (线偏振光)
x
•p
散射光 (自然光)
z
散射光 B (部分偏振光)
§4 光在晶体中的传播, 双折射
e
e•
··· o ···
•o
方解石
一. 双折射的概念
自然光 n1
三. 检偏 用偏振器件分析、检验光的偏振态
P
待检光
I
?
思考：
• I不变？是什么光 • I变，有消光？是什么光 • I变，无消光？是什么光
§3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏
一振. 反射和折射时光的偏振
n1 ····i i ····
n2
r·
n·1 ···i0
线偏振光
i0····S
n2
r0
·
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
§5 晶体光学器件
一. 晶体起偏器件 1. 晶体的二向色性、晶体偏振器
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
电气石
光轴
电气石
e光
····
光轴
可产生线偏振光
2. 偏振棱镜
偏光镜: 格兰─汤姆孙棱镜
吸收涂层
··光·•轴·方·解石·i
方解石
o
加拿大·树·胶·光e·轴• ··
光轴的取向使o光、e光(n对= 1.应55) 的恰是no、 ne 。