偏振光概述

a2
a1
Ey
, δ = α 2 − α1 )
Ey Ex Ex
左 旋
δ=0 Ey
0<δ<π/2 Ey
δ=π/2 Ey
π/2<δ<π Ey
Ex
Ex
Ex
Ex
右 旋
δ=π π<δ<3π/2 δ=3π/2 3π/2<δ<2π
第一节 偏振光概述
作业！
任一偏振光都可以用两个振动方向相互垂直、 相位有关联的线偏振光来表示。 偏振光方程：
1. 理解矢量？ 2. 理解光矢量？ 3. 光矢量的物理模型？ 4. 光矢量的数学表达？ 5. 你理解的光的偏振性？
3、麦克斯韦方程组的微分形式
∇•D = ρ ∇•B = 0 ∂B ∇× E = − ∂t ∂D ∇× H = j + ∂t
ρ：封闭曲面内的电荷密度；
1）电位移矢量起止于存在电 荷的地方。“高斯定律” 2）磁场没有起止点，磁力线 是封闭的。 “磁通连续定律” 3）磁感应强度的变化，会引 起环形电场。 “法拉第电磁感 应定律” 4）位移电流和传导电流一样 都能产生环形磁场。“安培定 法律”
+ a2 exp[i (kz + δ)] y0
左旋 右旋
a1 ≠ a2 ~ E = a1 exp(ikz ) x0 + a2 exp(ikz + δ ) y0
δ ≠±
π
2
为椭圆偏振
a1 = a2 ~ E＝a1 exp(ikz ) x0
+ a2 exp[i (kz + δ )] y0
主要方法：
1.反射 ( Polarization by reflection) 2.折射 (Polarization by transmission) 3.二向色性 (Polarization by dichroism) 4. 散射 (Polarization by scattering) 5.双折射 (Polarization by double refraction)
E1p
θ1 θ’1
E’1p E’1s
入
E2p E2s
Y
θ2
z
二、 偏振光的产生（Production of polarized light）
由麦克斯韦方程组和电磁场边界条件推出：
sin(θ1 − θ 2 ) A'1s =− rs = sin(θ1 + θ 2 ) A1s A2 s 2 sin θ 2 cosθ1 t s = = sin(θ1 + θ 2 ) A1s
A0sinθ
I = I 0 cos θ
2
y（透光轴方向） θ A0cosθ
I0
x
三. 马吕斯定律(Malus’ law)和消光比(Extinction ratio 实验演示
Homework(11-5)
书本， P.529 第1题 & 第2题
1. What is the angle of incidence for complete polarization to occur on reflection at the boundary between water (n=4/3) and flint (n=1.72) assuming that the light comes from the side of 1) The water? 2) The glass?
H偏振片和K偏振片
z y(透光轴方向)
x(拉伸方向)
聚乙烯醇薄膜＋碘溶液⇒拉伸⇒烘干
3、由散射产生偏振光 (Polarization by scattering) 一束非偏振光入射到气体上，在与入射光束垂直的 方向上被散射的光是线偏振光。散射光的振动方向 在光线传播方向的垂直平面内。
三. 马吕斯定律(Malus’ law)和消光比(Extinction ratio）
介质到光密介质时， 2、由 rp =
A'1 p A1 p
n1 < n2 , θ1 > θ 2 , 则 rs < 0
半波 损失
tg (θ1 − θ 2 ) = 式（3）知：当 θ1 + θ 2 = 90 tg (θ1 + θ 2 )
时， rp = 0
反射光中，只有P分量，没有S分量
2 sin θ 2 cosθ1 A2 s 2 sin θ 2 cosθ1 t = A2 p = 3、由t s = ，p = A1 p sin(θ1 + θ 2 ) cos(θ1 − θ 2 ) A1s sin(θ1 + θ 2 )
δ =±
π
2
为圆偏振
3、部分偏振光( Partially polarized light)
部分偏振光：自然光在传播过程中，由于外界的作 用造成振动方向上强度不等，使某一方向上的振动 比其它方向上的振动占优势。
自然光 Natural light
部分偏振光 Partial polarized light
第一节 偏振光概述 第一节 偏振光概述
本节学习内容 一、偏振光和自然光 二、产生线偏振的方法 三、马吕斯定律和消光比
第一节 偏振光概述
一、偏振光与自然光，Polarized light and Natural light
1、自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。 特点：各个振动方向上的振动几率和大小相同。 表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、 位相关系不确定的光矢量表示。 自然光
起偏器（ Polarizer ）：用来产生偏振光 的偏振器件。
P1 透 光 轴
P1 检偏器 (Analyser)
P2 透 光 P2 轴
自然光 (Natural light)
I0
θ
Ecosθ
起偏器(Polarizer)
y（P2透光轴方向）
Photoelectric receiver
检偏器（ Analyser ） 用来检验偏振光的偏振器件
用玻璃片堆获得偏振光
二、 偏振光的产生（Production of polarized light） 偏振分光镜
。 ♥ 制作 ♥ 原理 ♥ n3 ZnS(n2) n3 冰晶石 (n1) ♥ 膜层厚度 ♥ 层数
45
2、由二向色性产生偏振光 (Polarization by Dichroism)
二向色性( Dichroism )：各向异性的晶体对光的吸收本领 随波长改变外，还随光矢量相对晶体的方位而改变。 人造偏振片(Polaroid)：
式（ 1 ） 式（2）
rp = t p =
tg (θ1 − θ 2 ) = A1 p tg (θ1 + θ 2 ) A2 p 2 sin θ 2 cosθ1 = A1 p sin(θ1 + θ 2 ) cos(θ1 − θ 2 ) A'1 p
式（3） 式（4）
公式讨论：
A'1s sin(θ1 − θ 2 ) =− 1、由 rs = 式（1）知：当光线从光疏 sin(θ1 + θ 2 ) A1s
式（2）（4）知： ts、t p 恒为正，不发生位相变化。
二、 偏振光的产生（Production of polarized light） 2）布儒斯特定律( Brewster’s Law )
自然光投射到两种不同介质的分界面上时，若入射角满足关系 式
θ1 + θ 2 = π
2
，则反射光中没有振动平行于入射面的分量P。
a1 = a2 ~ E＝a1 exp(ikz ) x0
δ =− π
2
z
+ a2 exp[i (kz + δ )] y0
右旋 左旋
顺时针 逆时针
δ=
π
2
迎着光传播的方向，看
3) 椭圆偏振光 (Elliptically polarized light)
z
a1 ≠ a2 ~ E＝ a1 exp(ikz ) x0 0<δ<π π < δ < 2π
Natural light
光波的振动，即有 方向和不同方向上 的振动几率，又有 大小之分。
第一节 偏振光概述
2、偏振光（Polarized light）： 光矢量的方向和大小有 规则变化的光。 线偏振光（Linearly polarized light）：光矢量方向不 变，其大小随位相变化。 圆偏振光（Circularly polarized light）：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 椭圆偏振光（Elliptically polarized light）： 光矢量大小和方向都在有规律地变化，且矢量末端轨迹 不同形状的偏振 为椭圆。 光，如何判别的？
3、部分偏振光( Partially polarized light)
表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光 完全偏振光 Ip=Imax-Imin 偏振度：
I P I max − I min P= = I 总 I max + I min
二、 偏振光的产生（Production of polarized light）
第十五章 光的偏振和晶体光学基础
之前，学习光波在空间传播特性，光波之间的相互作用。这 章学习光波与传播介质的作用，突出主因是介质的特性作用。
本章学习内容 §15-1 偏振光概述 §15-2 光在晶体中的传播 §15-5 晶体偏振器件 §15-6 偏振的矩阵表示 §15-7 偏振光的变换和测定 §15-8 偏振光的干涉
入射角为布儒斯特角，即
n2 θ P = tg ( ) n1
−1
• n1 n2
•
•
•
•
θ1