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1、光的偏振,8-9,一、自然光和偏振光,一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的光振动。,自然光的表示法：,光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。,1.自然光,振动面：光的振动方向与光的传播方向构成的平面。,光的偏振: 光波的振动方向相对传播方向的不对称性。,光矢量 振动面,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。,2. 线偏振光和部分偏振光,偏振方向:光矢量 的方向,光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。,一束线偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、相干的线偏振光。,线偏振光(完全偏振光),线
2、偏振光的表示法：,部分偏振光是自然光与线偏振光的混合,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,部分偏振光的分解,部分偏振光,偏振度：,讨论：,部分偏振光,自然光,完全偏振光,自然光强度,完全偏振光强度,椭圆偏振光：光矢量末点的运动轨迹是正椭圆或斜椭圆。在迎光矢量图上，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。,3. 椭圆偏振光和圆偏振光,圆偏振光：光矢量大小保持不变,椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效 为两个具有恒定相位差、相同振动频率、振动方向 相互
3、垂直的线偏振光。,二、起偏和检偏,起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。,检偏：检查入射光的偏振性。,1、偏振片的起偏和检偏,将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，确定光的偏振性。,线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化，有消光现象,自然光通过旋转的检偏器，光强不变。,部分偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化。,自然光通过起偏器，成为线偏光,注意自然光通过偏振片后光强的变化,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,如果入射线偏振光的光强为I1，透过检偏器后，透射光的光强I为,三、 马吕斯定律,-线偏振光的振动方向与检偏器的透射轴
4、方向 之间的夹角。,消光,光强的调制:在透振方向正交的起偏器M和检偏器 N 之间，插入一片以角速度 旋转的理想偏振片 P，入射自然光强为 , 试求由系统出射的光强是多少？,每旋转偏振片P一周， 输出光强有怎样的变化？,每旋转偏振片P一周，输出光强有“四明四零”。,所以：t=00,900,1800,2700时，输出光强为零。,t=450,1350,2250,3150时，输出光强为 。,四、布儒斯特定律-反射光和折射光的偏振,反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化,这时反射光成为其振动方向垂直于入射面的线偏振光。,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,利用玻璃片
5、堆产生线偏振光,最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光,在各向同性的介质中S是点物S 的象,天然的方解石晶体是双折射晶体,1、双折射现象,五、 晶体的双折射,光,光,当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,光,光,双 折 射,当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。,寻常光：对于晶体一切方向
6、都具有相同的折射率 ( 即波 速相同），且在入射面内传播，简称它为O光。,寻常光线(o光) -遵守折射定律,非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且 不一定在入射面内传播，简称为 e 光。,非常光线(e光) -不遵守折射定律,o光和e光都是线偏振光, 二者振动方向相互垂直。,2 、光轴与主平面,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。,“光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。,单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石、红宝石。,双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云母、蓝宝石。,主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。,o光的振
7、动面垂直于o光的主平面,e光的振动面在e光的主平面内,主折射率:,o光的传播速率用 表示, 其折射率用 表示.,e光沿垂直于光轴方向上的传播速率用 表示,折射率用 表示,当光轴位于入射面内，2个主平面才严格重合,双折射现象的应用,3. 尼科耳棱镜,光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面,两块特殊要求加工的直角方解石，如图：,加拿大树胶的折射率n=1.55，O光入射角大于其临界角arc sin(1.55/1.658)=69012，被全反射，在BD处为涂黑层所吸收。,出射偏振方向在ABCD平面内的偏振光。,方解石的折射率n0=1.658,光的调制课堂练习：,最小转45度,波动光
8、学补充思考题,（B）,（D）,（D）,平行,后续内容自由了解,六.晶体相移器件 圆和椭圆偏振光的起偏,波片(波晶片) 相位延迟片,波片是光轴平行表面的晶体薄片。,通过厚为d的晶片，o、e光产生光程差和相位差：,振幅关系,从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。,(1) 四分之一波片, 线偏振光圆偏振光, 线偏振光线偏振光,从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）,线偏振光椭圆偏振光,(2) 二分之一波片,使线偏振光振动面转过2角度,8-10 偏振光的干涉,一. 偏振光干涉装置,二. 偏振光干涉的分析,1. 振幅关系,在P2 后，两束光
9、振动方向平行，振幅为：,是一对振幅相等的相干光,通过晶体C后,此两束光合成为一束椭圆偏振光,通过P2 后,（若P1、P2夹角小于，则无附加相差）,2. 相位关系,相长干涉,相消干涉,若单色光入射,且d不均匀,则屏上出现等厚干涉条纹.,三. 色偏振,白光入射，晶片d均匀,屏上由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色这叫（显）色偏振。,若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。,如 红色相消绿色；蓝色相消黄色，,一、电光效应(克尔效应),某些非晶体和液体在与入射光方向垂直的强电场 作用下，呈现双折射现象.,8-11 电磁场的光效应和旋光现象,在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性,通过厚为l 的液体后，
10、o、e光产生相位差：,如平行板所加电压为U,当外电场撤消时，这种性质立即消失.,若去掉盒内电场，则没有光从 透出。 整个系统起“光开关”的作用。,通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。由于电光效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达10-9 m/s。“光开关”,“光调制器” “光断续器”有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。,某些单轴晶体放在正交偏振片之间,在加电场后,使它引起感生双折射.,二、 旋光现象,对某些晶体,当线偏振光沿其光轴方向传播时,虽然不发生双折射，但出射偏振光的振动面相对于原入射光的振动面旋转了
11、一定的角度，这种现象称为振动面的旋转，也称旋光现象。,未放置C，P2后视场黑暗 放置C后，旋转P2一定角度，视场又变黑暗,1、不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面 向不同方向旋转。,2、振动面的旋转角与波长有关， 波长给定则与旋光物质的厚度d 有关。,3、偏振光通过旋光性液体(如糖溶液、松节油)时，振动面的旋转角,线偏光电振动方绕着光的传播方向旋转过某一角度.,在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转 的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光。,三、磁光效应,透明介质在磁场作用下会产生旋光性,这种由磁场引 起的振动面旋转的现象，称为磁致旋光,也称法拉第 旋转效应。,磁致旋光效应中振动面的旋转角度与光在介质中通过的距离 ,以及介质内的磁感应强度B成正比.,当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋转过2，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。,