大学物理第13章光的偏振

I0co2 s sin 2I0 45o
2
8
13.3 光的双折射
一、双折射现象 各向同性媒质：在其中传播的
光，沿各个方向速度相同。
各向异性媒质：在其中传播的光， 沿不同方向速度不同。 石英、方解
石、水晶、玉石……
双 折o
e
射
n1sii1 nn2sii2 n
遵守— 寻常光（o）— no
现
不遵守—非常光（e）— n
o光振动 垂直于o光的主平面。
Z
e光振动 平行于 e光的主平面。
o
e
当入射面和主截面重合时o光、
e光的主平面、主截面三者重合。
三、主速度、主折射率
Z
正
晶 体
ve
沿光轴方向e、 Z
o光速度相同
v0 ve
负 晶 vo 体
vo、ve 称晶体的主速度，相应的
折射率no、ne 称晶体的主折射率.
四 、利用双折射获得线偏振光
P1 P2
P1
P3
P2
P3既不与P1 垂直，也不与P2垂直。自然光连续 通过三个偏振片后光强不为零。你能说明为什
么吗？
三、反射和折射光的偏振
•
••
n 1 ••i 1 ••
n2
•
•
反射光—— 部
垂直入射面振 分
动的成分多。
偏 振
折射光——？ 光
布儒斯特角
偏振光
n1
ib
n2
i2
ib i2 90o
n1s iin bn2s iin 2
通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反 射获得较强的偏振光，你有什么好主意？
ib
玻璃片堆
如何检验 偏振度？
I
Im IM
IIP In
IM Im
IP In
2
In 2
IMImIP IMImIPIn
P IP IMIm IPIn IMIm
返回26
例题：画出下列图中的反射光、折射光以及
它们的偏振状态。
出射光附加相位差 2
光程差 dn en o
对确定 波长而言！
4
2
四分之一波片 半波片
返回2
二、椭圆偏振光与圆偏振光
Z
A
Ae Ao
线偏振光
在前表面相位相同
到后表面相位差：
2
2d
ne
no
Zd
Ae
A
Ao Asin
m 线偏振光
2m 1
第13章 光的偏振
13.1 光的偏振状态 13.2 起偏与检偏 13.3 光的双折射 13.4 椭圆（圆）偏振光 13.5 偏振光的干涉 13.6 旋光效应
13.1 光的偏振状态
自然光
偏振光
自然光+偏振光= 部分偏振光
1、线偏振光 2、圆偏振光 3、椭圆偏振光 1、部分线偏振光 2、部分圆偏振光 3、部分椭圆偏振光
n1
n1 ib
n1 ib
n2
n2
n2
n1
n1 ib
n1
自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后光 强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解 分析
I0
P1
P2
P3
I1
I2
I3=I0/8
P1 P2
P3
I1
I0 2
I2I1co2s
I 3 I 2 c2 o 2 s I 2 s2 in
P1// P2
P1 起偏器 P2 检偏器
2I0
I0
I 0
P1 P2
一般情况下 I =？
返回2
二、马吕斯定律
P
I0
I
A
A0
A=A0cos
I1A2 2
1 2A0 2co2s
I=I0 cos2
考虑其 他损耗
I = I0 cos2 = IM cos2
：损耗系； IM：旋转P，观察到的最大光强。
象
注意：寻常、非常指光在折射时 是否遵守折射
定律，o光、e光也只在晶体内部才有意义。 返回2
二、光轴 主平面 主截面
光轴 — 晶体中的方向， 单光轴晶体：石英、方解石
沿此方向o、e光速 度相同—无双折射。 双光轴晶体：云母、黄玉…
主截面— 由晶体的光轴与表面法线决定。 主平面 — 由光轴与光线决定。
方向与晶体的主截面成30o角，求：在方解石中o光、e
光的光强之比。
解：垂直射入主截面、主平面共面
Ae
A
若入射光振幅A
30o
Ao Asin30o IoA o 2A2si2n 3o0
主
Ao Ae Aco3s0o IeAe2A2co23so0
截
面
Io tan2 30o 1
Ie
3
例题
用方解石切割成正三角形截面的棱镜，自然光以i
角入射，定性画出o光、e光的振动方向，传播方向。
解：方解石——负晶体——
垂直 光轴方向v e> vo
i
e光 o光
光轴
e光 o光
注意：o光、e光
只在晶体内部才有 意义！
13.4 椭圆（圆）偏振光
一、 波片与相位延迟
波片特点—— 光轴平行表面。
Z
d
光束垂直表面入射，o光、 e 传播方向相同、速度不同
1I 2
4、部分偏振光
• • • •
• • • • • • •
偏振度
P IP IP Io In IP
Io— 总 光强 IP — 偏振光的光强 In—自然光的光强
IP = 0 P = 0 —— 自然光
In = 0 P = 1 —— 偏振光
13.2 起偏与检偏
一、偏振片的起偏与检偏
2I0
I0
I I0
tg ib
n2 n1
布儒斯特 定律
已知：平行玻璃板上表 面反射光是偏振光.
问：下表面的反射光 是否也是偏振光？
tg
ib
n2 n1
tg
i b
？ ！ = nn
1 2
n1 ib
注意：上表面的折射角 等于下表面的入射角
n2
i b
n3 n1
n1s iin bn2s iin b ib ib 90o
n1co ibsn2siin b
返回2
1、线偏振光 （平面偏振光）
E
2、椭圆偏振光和圆偏振光
u
• • • •
右旋椭圆偏振光
3、自然光
特点： （1）在垂直光线的平面内，光
X
矢量沿各方向振动的概率均等.
• • • •
• • • •
Y
Z （2）可以看成由两个振动方向
u 相互垂直，振幅相等，互不相
干线偏振光的叠加。
I Ix Iy
Ix
Iy
1、 格兰─汤姆孙棱镜 （偏光镜）
no 1.658
73 o
ne 1.486
Z 方解石
····玻璃· e o
n1.655 吸收涂层
o 光几乎不改变方向；
e 光在方解石界面上 全反射后被吸收。
可以由
nsiin 1nesiin 2
计算出e 光的 全反射临界角
s in ic
ne n
ic6o47o3
2、沃拉斯顿棱镜（偏光分束镜 ）
方解石 no > ne
注意：光在两块方解石
中都是垂直光轴传播。
Z
折射角小于入射角
前 e光 n 后
o光
一
一
半
o光 n
半
e光
Z
折射角大于入射角
3、二向色性晶体
对o 光和e 光的吸收有很大差异。
Z 电气石
1mm厚的电气石可 将 o 光吸收净，e 光 却 有 剩 余 —— 可 制成偏振片。
例题 一束线偏振光垂直射入一块方解石，入射前光矢量