1、第十九章 光的偏振,Chapter 19 Polarization of Light,natural light and polarized light,若光矢量保持在一定平面内振动，称此平面为光矢量,1 自然光和偏振光,面内振动称这种光线为线偏振光或平面偏振光。,的振动面，称这种振动状态为面偏振态。都在一个平,1、自然光和偏振光,机械横波与纵波的区别,在横波的情况下，振动面与其他包含波的传播方向但不包含振动矢量在内的任何平面波都是不相同的，这显示出波的振动方向对传播方向的不对称性。这种振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。对于纵波，波的振动方向对传播方向无对称性的概念。,2、自然光：,各种
2、振动面的光出现的机会相等,沿同一振动面的原子光波列的强度与振动面方向无关,称这种光为自然光。,A、 自然光可以分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏振光，这两线偏振光的光强等于自然光光强的一半。,B、自然光的表示法：,3、部分偏振光：,如果将自然光中的两个垂直分量中的其中一个分量部分地削弱，所得的光线称为部分偏振光。,部分偏振光表示法：,4、线偏振光的表示法：,光矢量在屏平面内,光矢量与屏平面垂直,光矢量与屏平面斜交,5、圆偏振光和椭圆偏振光,这两种光的特点是在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量按一定频率旋转（左旋或右旋）。,A、圆偏振光：如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫圆
3、偏振光。,B、椭圆偏振光：如果光矢量端点轨迹是一个椭圆，这种光叫椭圆偏振光。,偏振片： 有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，而只让与这个 方向垂直的光振动通过，这个方向称为偏振化方向。,偏振片,2 起偏与检偏 马吕斯定律,一、起偏与检偏,称这些薄膜为偏振片。,自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为起偏。,偏振片又可用来检验光线的偏振化程度，称为检偏。,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过
4、旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光,.,
5、.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光,.,.,.,.,.,检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光,.,.,.,.,.,检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光,.,.,.,.,.,注意：自然光通过一个偏振片光强即变为原来光强的一半,检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,马吕斯定律,二、马吕斯定律,偏振化方向之间的夹角,讨论：,2. 此定律只适用于没有光吸收的理想偏,
6、马吕斯定律,振片。,以任意角度入射,1、以任意角度入射时,反射光和折射光都为部分偏振光。,实验和理论都表明：,反射光中垂直于入 射面振动的光的强度 比较大，折射光中在 入射面内振动的光的 强度比较大。,3 反射和折射时光的偏振,2、以布儒斯特角入射 时，反射光为线偏振光，折射光为部分偏振光。并且：,以布儒斯特角入射,由折射定律：,布儒斯特定律,A、自然光以布儒斯特角入射时，反射光为线偏振光，折射光为部分偏振光。如图,注意：,B、线偏振光以布儒斯特角入射时要注意，事实上反射光只能反射偏振化方向与入射面垂直的那部分偏振光。,C、反射光的光强只占入射光强很小一部分。,利用玻璃堆获得偏振光,在平行玻璃
7、板的上、下界面上，入射角都满足布儒斯特角，,一、实验发现,1809年，法国人马吕斯(Malus)在寻求双折射现象的数学理论时，深深地被方解石晶体奇妙的双折射性质所吸引。传说1809年的一天傍晚，他站在家中的窗户旁研究方解石晶体，当时夕阳西照，阳光从离他家不远的巴黎卢森堡宫的窗户玻璃上反射到他这里。当他观察反射光透过他手中的方解石晶体成象时偶然发现，方解石转到某一位置时，原本出现的两条双折射光线中有一条意外的消失了。这一奇怪现象立即引起了他的注意。由此，马吕斯想到玻璃反射时光被偏振化了。,1812年，布儒斯特(Brewster)通过实验定量给出了反射光偏振的规律。,4 光的双折射,二、双折射现象
8、,三、寻常光与非常光,不服从折射定律指的是：,1. 折射光线一般不在入射面内；,2. 入射角的正弦与折射角正弦之比不是,常量，即折射率和入射光线的方向有关。,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,光轴：在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象。称这一方向为晶体的光轴。,单轴晶体：只有一个光轴（方解石、石英）,双轴晶体：有两个光轴（云母、硫磺）,主截面：自然晶面法线与光轴所组成的平面。,主平面：某一光线与光轴所组成的平面,三
9、、光轴、主平面,注意：光轴仅是指晶体中的某一方向，并非某一具体直线。因此，所有平行此方向的直线均可代表光轴。,o光和e光都是完全偏振光，其光振动方向与晶体结构和光入射条件有关。先定义两种平面：,对于某一晶面，主截面是一系列互相平行的平面，它们既包含光轴方向，又与该晶面正交（含该晶面的法线方向）,方解石主截面的晶面交线都是平行四边形，边长随截面位置各异，但内角有共同特点,一般情况下这两个主平面不严格重合,主要讨论这种最基本的入射情况,一般来说， o光主平面和 e 光主平面并不 重合。,当入射光线在主截面内时，o光、e 光 以及它们的主平面都在主截面内。此时，两 光的振动方向相互垂直。o光垂直于主
10、截面振动，e光在主截面内振动。,o光及e光 都为线偏振光。,正晶体,负晶体,产生双折射现象的根本原因是晶体光学,四、惠更斯原理在对双折射现象中的应用,性质的各向异性。,A,C,D,E,光轴,i,1. 平 面 波 倾 斜 入 射 方 解 石 晶 体,用惠更斯原理解释双折射现象,A,C,D,F,E,.,.,.,.,.,.,.,.,e,o,e,o,光轴,B,2. 平面波垂直入射方解石晶体,A,C,D,.,.,.,.,e,o,e,o,光轴,B,.,.,.,.,3. 平面波垂直入射方解石晶体光轴平行于晶面,没有发生双折射,3. 平面波垂直入射方解石晶体光轴平行于晶面,A,C,D,.,.,.,.,e,o,
11、e,o,光轴,B,.,.,.,.,发生双折射,A,C,D,E,光轴,i,3. 光轴垂直于晶面,五、渥拉斯顿棱镜,六、尼科耳棱镜,尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器。,七、应用,A、汽车车灯与车玻璃前都装上与水平方向成45角的偏振片，可避免对方车晃眼。,B、立体电影，滤光镜等。,5 偏振光干涉,通过波片后两光的光程差为：,经过这样厚度的晶片，非常光和寻常光的光程差为/4,称为四分之一波片。这时o光与e光的相位差为/2，,P,光轴,一般情况下o光与e光通过这种晶片后叠加形成椭圆偏振光。如果=/4则 = ，通过晶片后形成圆偏振光。值得注意的是1/4波片是针对特定波长的入射光而言。,同样，调整厚度可以制成二分之一波片。线偏振光,分之一波片可以使偏振光的振动面旋转/2.,通过1/2波片之后仍为线偏振光，如果=/4使用二,可据此区分此二光,波片光轴与椭圆偏振光的长或短轴平行,
