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1、,19.1 自然光与偏振光,一、光的偏振性,波的偏振性 定义：振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振性。 说明：只有横波才具有偏振现象，偏振现象是横波区别于纵波的最明显的特征。,偏振态： 在垂直于光的传播方向的平面内光矢量的各种振动状态,第十九章 光的偏振,2/26,1.线偏振光,在垂直光传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光叫线偏振光。,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：两个相干的线偏振光的叠加,线偏振光的图示方法,3/26,2.自然光,自然光的图示：,在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有方向上都相等，各光矢量之间没有固定的位相关系，为自然光。,一束自然光可分解为两束
2、振动方向相互垂直的、等幅的、没有固定相位差（不相干）的线偏振光。,4/26,3.部分偏振光,部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形， 部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。,部分偏振光图示：,或,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。,5/26,4.圆偏振光和椭圆偏振光,若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影为椭圆(圆)，这种光叫椭圆(圆)偏振光。,椭圆偏振光可以看成两个频率相同,互相垂直,有一定相位差的线偏振光的合成。,满足椭圆方程：,仍为线偏振光,椭圆偏振光,右旋,左旋,6/26,5.偏振度,线偏振光,(圆偏)自然光,部分偏振光,椭圆
3、偏振光,7/26,19.2 起偏与检偏 马吕斯定律,1、基本概念 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 e.g. 利用二色性(选择性吸收),一、偏振片 起偏和检偏,偏振片：片状的起偏器,微晶型,分子型,8/26,2、起偏器与检偏器 器偏器：产生偏振光 检偏器：检验偏振光,检偏方法 方法：转动偏振片，观察透射光强度的变化。 自然光：透射光强度I 不变 线偏振光：周期 0I Imax 部分偏振光：周期 Imin I Imax,9/26,二、马吕斯定律,10/26,I3如何变化？,11/26,5.3 反射和折射起偏 布儒斯特定律,反射光是以垂直于入射面
4、的光振动为主的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振动为主的部分偏振光。,自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折射,布儒斯特定律,入射角满足 时,反射光是线偏振光，振动垂直入射面,布儒斯特角,起偏角,由折射定律,折射光是部分线偏振光。,12/26,自然光从空气玻璃,玻璃片堆,（C） 用偏光镜消除了反射偏振光,使玻璃门内的人物清晰可见,（A） 玻璃门表面的反光很强,（B） 用偏光镜减弱了反射偏振光,13/26,讨论下列光线的反射和折射（起偏角 ）.,14/26,例：自然光I0与线偏振光I1同时垂直入射到偏振片P1上， P2绕轴 转动，求出射光强度的变化。,解：,例：一束光是自然光与线偏振光
5、的混合，当它通过一偏振片时， 透射光的强度取决于偏振片的取向，可以变化5倍。求入射 光中两种光的强度各占总入射光强度的比例。,解：,线偏振光,自然光,15/26,5.4 晶体双折射偏振棱镜,一、双折射现象,白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转。,当一束自然光穿过方解石等晶体时，分成两条折射光的现象称为双折射现象。,这两条光线（寻常光和非常光）都是线偏振光。,16/26,二、晶体基本概念,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。例如方解石的光轴方向,单轴晶体：只有一个光轴 方解石 石英,双轴晶体：有两个
6、光轴的晶体 云母 蓝宝石,主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。,主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。,通常考虑入射光的入射面和晶体的主截面重合情况， o光与e光的主平面相重合， o光与e光的振动方向相互垂直。,17/26,三、惠更斯原理对双折射的描述,1.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。,o光,e光,n0 ，ne称为晶体的主折射率,正晶体 : ne no,负晶体 : ne no,(e o),(eo),18/26,2.惠更斯作图法（负晶体为例）,光轴 界面，自然光正入射,自然光,O光,e光,e 光的速度等于O光速度,光轴
7、 界面，自然光正入射,光轴,自然光,O光,e光,e 光的速度大于O 光速度,光轴 界面，自然光斜入射,O光,e光,光轴与界面斜交，自然光正入射,19/26,尼克耳棱镜: o光全反，e光全透,格兰汤姆孙棱镜 ：o光全透，e光全反,e 光,O 光,光轴,三、晶体偏振器件（自然光入射）,20/26,沃拉斯顿棱镜,两个由方解石制成的 直角棱镜胶合而成,(负)晶体薄片，光轴平行于薄片表面，光线正入射,四、晶体波片(线偏振光入射),出射光：一般为椭圆偏振光,线偏振光,椭圆偏振光,晶体入射面：分解为两线偏振光的叠加,晶体出射面：两线偏振光之间出现相位差,21/26,1.四分之一波片,光轴,线偏振光的振动面转
8、过2 角,2.二分之一波片,线偏振光,椭圆偏振光,光轴平行椭圆的长轴或短轴,正椭圆偏振光,圆偏振光,3.全波片,22/26,19.5 椭圆偏振光和圆偏振光 的 获得与 检验,光偏振状态的检验,第一步：用偏振片,线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光,偏振片(转动),线偏振光, I 变、有消光,圆偏振光,自然光,I 不变,部分偏振光, I 变、无消光,椭圆偏振光,第二步：再用1/4波片 + 偏振片,四分之一波片,偏振片(转动),自然光,圆偏振光,自然光,I 不变,线偏振光,有消光,椭圆偏振光,线偏振光*,有消光,部分偏振光,部分偏振光,I 变无消光,23/26,19.6 偏振光的干涉
9、,1.典型装置,甲区：,线偏振光， 振幅A1，光强,乙区：,光轴,两束线偏振光,一束椭圆偏振光,丙区：,与晶体种类波长波片厚度有关,24/26,若P1与P2平行,无附加相位差,若晶体种类、波长确定 “等厚干涉”,2.色偏振,若白光入射：有的波长干涉相消，有的波长干涉相张，屏上呈现出一定的色彩，这种现象叫色偏振,检验材料有无双折射效应,分析物质内部的某些结构,偏光显微术,25/26,19.7-8 光弹效应 电光效应 旋光,入射自然光,透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向异性，与OO为光轴的双折射类似，这种现象叫做光弹效应。,实验表明，在一定胁强范围内：,S为材料受力的面积,k为胁强光学系数,26/26,电光效应,某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作用下，显示出双折射现象，称为电光效应。,a）克尔(j.Kerr)效应：,硝基苯液体,b）泡克耳斯(F.Pockels)效应：,磷酸二氢钙晶体（KDP晶体）,线偏振光振动面转过的角度,为旋光系数,线偏振光在一些物质中传播时，振动面会转过一个角度，这种现象叫做旋光现象这种物质叫做旋光物质,旋光,