1、第 13 章 光的偏振,光的偏振（又称极化）现象说明光（电磁波）是横波,当 和 平行时，光最亮,当 和 垂直时，光最暗,13. 1 光的五种偏振状态,在空间某定点垂直于光传播方向的平面 内，光矢量可能有各种不同振动状态，这种 振动状态称为偏振状态。,一、偏振光,特殊限制：,两频率相同垂直方向的振动的合成轨迹为：,（1）,1、线偏振光,此表明 的端点描绘的轨迹是 直线；具有这种特点的光，称 线偏振光。,m为偶数,m为奇数,线偏振光的表示法：,2、圆偏振光,此表明 的端点描绘的轨迹是圆； 具有这种特点的光，称圆偏振光。,3、椭圆偏振光,光矢量端点的轨迹是椭圆，称为椭圆偏振光。,正椭圆,斜椭圆,综上
2、所述，振幅成正比、相位差恒定的两 相互垂直的线偏振光合成后仍然是偏振光。,两线偏振光,是由 决定的,二、自然光,各个方向振动几率相等，且各方向振动 的振幅、相位均无关联的光叫做自然光。,自然光可看做是：1）沿各方向的振动概率相等，且各方向的振幅、相位互无关联的光； 2）由两垂直的、振幅相等的、彼此独立的线偏振光合成的光。,自然光的表示,三、部分偏振光,既有自然光，又有偏振光，这种光称为部分偏振光,表示偏振光光强,表示自然光光强,则部分偏振光的光强,偏振度,当,部分偏振光的表示法：,13. 2 起偏和检偏,一、偏振片的起偏和检偏,偏振片是一种使自然光变为线偏振光的偏光元件,把偏振片允许通过的光矢
3、量方向称透光方向 或偏振化方向。,用来从自然光获得线偏振光的器件称为起偏器；,用来检验入射光是否为线偏振光的器件称为检偏器。,自然光,线偏振光,起偏器,检偏器,2、检偏,转动检偏器，看到出射光由亮变暗，又由 暗变亮，转动一周，有两次极大，两次光 强极小。（光强极小为零称为消光现象),1. 起偏,起偏的原理：利用某种光学的不对称性,偏振片,微晶型,分子型,起偏：从自然光获得偏振光,起偏器: 起偏的光学器件,不同偏振光入射到偏振片时， 旋转偏振片，透射光强的变化：,入射光,自然光,旋转偏振片,光强为入射光强的1/2，光强不变,部分偏振光,光强周期性变化，从 没有消光现象,圆偏振光,光强为入射光强的
4、1/2，光强不变,椭圆偏振光,光强有极大、极小变化，但没有消光现象,线偏振光,光强有极大、极小变化，有消光现象,透射光强的变化,二、马吕斯定律,A（起偏）,B（检偏）,光透过第二个偏振片后的光强：,马吕斯定律,A的透光方向和B的透光方向平行时：光强最大；,A的透光方向和B的透光方向垂直时：光强最小。,B（检偏）,三、反射和折射时的偏振,1、规律,当自然光入射到两种不同介质的分界面 时，在一般情况下，反射光和折射光都 分别是不同的部分偏振光。,对反射光，垂直入射面 的振动成份多于平行入 射面的振动成份；,对折射光，垂直入射面 的振动成份少于平行入 射面的振动成份；,2、布儒斯特角,反射光变为完全
5、线偏振光，只有垂直于入射面的振动(S分量)，这时的入射角i 0 称为布儒斯特角。,i 0 布儒斯特角或 起偏角,i0 +r0 = 90O,由,有,布儒斯特定律 (1812年),3、完全偏振光的获得,（1）玻璃片堆,（2）激光器的布儒斯特窗口,若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，则：,13. 3 光的双折射,一、光的双折射现象,当一束光射入各向异性介质（如方解石晶体）中 时，在介质内部分成两束折射光，这现象就叫做双折 射现象。,实验表明：两束折射线中的一束始终遵守折射定 律，此束光称为寻常光（O 光）,O光在中晶体中传播 是各向同性的；而另一束折射光不满足折射定律，这 束
6、光称非寻常光（e 光）；e 光在晶体中传播时是各向 异性的。,O光,e光,寻常光,非寻常光,O光在晶体中沿各个 方向传播的速度相同；e光在晶体中沿各个方 向的折射率不同，传 播速度也不同。,产生双折射现象的原因是由于晶体对o光 和e 光具有不同的折射率。即o光和e光在 晶体中的传播速度不同。,实验发现：O光和e 光都是线偏振光， 且振动方向互相垂直。,1. 晶体的光轴,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，方解石晶体(冰洲石),光轴是一特殊的方向,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,双轴晶体：有两个光轴的晶体,二、晶体的光轴、主
7、平面、主截面,2. 主平面和主截面,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。,三. 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),四. 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(eo负晶体),1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射,o, e在方向上虽没分开，但速度上是分开的。,2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射,3. 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射,此时e 光的波面不再与其波射线垂直了,
