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1、第3章光的偏振,光的偏振态 菲涅耳公式 反射折射引起的偏振态改变,3.1 光的偏振特性,横波具有偏振特性 偏振：振动方向相对于传播方向的不对称性,非偏振的,偏振的,偏振的发现,通过二向色性晶体的光 双散射的光,电气石晶体,NaR3Al6Si6O18BO33(OH,F)4,偏振器,金质线栅 人造偏振片,d10-4mm,聚乙烯醇薄膜浸碘,拉直的分子链导电,Edwin Herbert Land，19091991,起偏与检偏,起偏：使没有偏振特性的光变为偏振光 检偏：检验光的偏振特点，观察光强变化,透振方向（透光轴）,3.2 光的偏振态,普通光源发出非偏振光 大量原子跃迁发光：1020/cm3 是自发
2、辐射过程，发光原子间无关联 称为自然光 相位、光矢量方向任意,自然光经起偏器，变为偏振光 旋转起偏器，出射光强不变，强度变为1/2,振幅的角度 分布密度,平面偏振光（线偏振光）,光矢量只在一个固定的平面内振动 可分解为两列正交平面偏振光,同相,反相,总是在一个固定点观察，可略去空间相位,马吕斯定律,部分偏振光,介于自然光和平面偏振光之间,偏振度,可看作是自然光和平面偏振光的叠加,圆偏振光,在一个垂直于波矢的固定平面内，光矢量旋转，大小不变，端点轨迹是圆,圆偏光的物理图象,某一光矢量端点随时间变化的轨迹不是螺旋线 在某一时刻，所有光矢量的端点是螺旋线,圆偏光可看作是两相位差为的/2的正交分量的叠
3、加,左旋,椭圆偏振光,在一个垂直于波矢的固定平面内，光矢量旋转，大小作周期性改变，端点轨迹是椭圆,右旋,左旋,椭圆的取向只取决于相位差,切点在第IV象限,切点在第IV象限,切点在第II象限,切点在第II象限,长轴总是在II、IV象限,与Ax、Ay的相对大小无关,一个演示实验,菲涅耳公式,光波在均匀介质中传播，形成电磁场的分布 光波在介质的分界面处，由于其中有电荷，会改变电磁场的分布，从而引起光波传播的改变 可以用电磁学定律（Maxwell 方程组）解出电磁场的分布情况，进而确定光波传播的情况,光矢量的正交分解,P、S、k构成右手系 以此确定各分量的正负,P分量平行于入射面 S分量垂直于入射面,
4、菲涅耳公式（电场强度）,折射光,反射光,菲涅耳公式的物理意义,菲涅耳公式反映的是在反射、折射瞬间，反射光、折射光的电场强度之间的关系 公式中是电场分量，即电矢量、或光矢量的比值，不是振幅的比值 由于光矢量与复振幅间的关系为 E(P,t)=(P)eit，定态光波eit相同 所以，菲涅耳公式也反映了分界面处复振幅的比值，是复振幅的反射率、透射率,复振幅的反射率、透射率,既反映了振幅间的关系，同时也反映了相位间的关系 可能出现负值,光强的反射率和透射率,可以从菲涅耳公式得到光强的反射率和透射率,能流反射率、透射率,能流是光功率，等于光强光束截面 反射光束截面不变，所以能流反射率等于光强反射率,但折射
5、光束截面改变，能流透射率不等于光强透射率,反射后光束截面不变,折射后光束截面改变,反射率、透射率与入射角的关系,复振幅,光强,能流,空气射向玻璃,玻璃射向空气,复振幅,光强,能流,相位关系,如果将公式中的振动量作为复振幅处理，则反射率、透射率即为两个复数的比值，其幅角便是相应两列波的相位差。 无论何种情况，透射率总是正实数，其幅角为0。说明折射时没有出现相位的突变。,但反射率较为复杂,临界角,反射光的相位关系,垂直入射,Eye,从光疏到光密，反射引起的相位突变，相当于产生了/2的附加光程差，称为半波损失。,光密到光疏，没有半波损失,掠入射,Eye,反射光有半波损失。,如果从光密介质到光疏介质，入射角大于全反射临界角，情况复杂。,只有第一列反射光产生了半波损失,透射光都不需要考虑半波损失,Stocks倒逆关系,入射波振幅为A。 r，r，t，t：界面对复振幅的反射率和透射率。,光路可逆原理。,Stocks倒逆关系,获得平面偏振光的方法,由自然光得到平面偏振光 1利用偏振片，偏振度1 2利用菲涅耳公式，由反射和折射产生,反射光中只有S分量，为线偏光。,布儒斯特角iB,透射光为部分偏振光，其中S分量较弱。,利用菲涅耳公式,布儒斯特角定律,以布儒斯特角射向玻璃平板,透射光中没有S分量,透射光中P分量保持不变,玻璃片堆,布儒斯特窗,反射镜,透反射镜,分量,S分量,S分量,激光器的谐振腔,