1、光的偏振,7-1 自然光和偏振光,7-2 起偏与检偏 马吕斯定律,7-3 反射和折射时光的偏振,7-4 光的双折射现象,（Polarization of light）,光是电磁波，起视觉效应的是电场矢量(光矢量),偏振态:光矢量的振动状态,五种偏振态：自然光，线偏振光, 部分偏振光, 椭圆偏振光, 圆偏振光,7-1 自然光和偏振光,在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光振动，且各个方向光矢量的振幅相等的光,1.自然光（Natural Light）,2.线偏振光（Linearly Polarized Light）,光矢量只沿一个固定方向振动的光(又称平面偏振光),振动面,光矢量,3.部分偏
2、振光（Partially Polarized Light）,在垂直于光传播方向的平面内，各方向都有光振动，但振幅不等的光,在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量以一定的频率旋转。矢量端点轨迹为椭圆时称其为椭圆偏振光，轨迹为圆时称其为圆偏振光,4.圆偏振光和椭圆偏振光,7-2 起偏与检偏 马吕斯定律,偏振片（Polaroid）：吸收某方向光振动，而与其垂直方向的光振动能通过的装置,偏振化方向：能通过光振动的方向,一.起偏与检偏,利用偏振片检验光线的偏振化程度，称为检偏,自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为起偏,起偏,检偏,二.马吕斯定律（Malus law）,-马吕斯定律, =0或 =1800时,
3、 I2=I1光强最强,讨论：, =900或 =2700时, I=0光强最弱,例1两平行放置的偏振片, 偏振化方向成300角,自然光垂直入射后, 透射光与入射光的强度之比为多少? (分别讨论无吸收和10%的吸收的情况),解：无吸收时,根据马吕斯定律,10%吸收时,例2如图,偏振片P1、P2，现以I1的自然光和I2的线偏振光同时垂直入射于P1，在E 处观察通过P1和P2后的光强。(1)P1任意放置, 将P2以光线方向为轴转动一周, 计算并讨论这时在E 处所观察到的光强变化情况； (2)要在E 处得到最大光强, 应如何实现?,解：设P1、P2的偏振化方向夹角为,入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方向
4、夹角为,线偏振光：,因I1和I2 是非相干光,即在E 处观察到的光强随P2的转动而周期性变化,对自然光：,在E 处得到最大光强，须同时满足,则,时,时,7-3 反射和折射时光的偏振,一.部分偏振现象,自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，反、折射光均成为部分偏振光,特点：反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之,二.布儒斯特定律,由折射定律,1812年布儒斯特发现，当入射角为某特定值 时（ ），反 射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光,-布儒斯特定律,说明：,让自然光通过玻璃片堆，可使折射光的偏振化程度增加。玻璃片足够多时，可使折射光为完全偏振光,反射光光强较弱，折射光较强(它包含了全部的
5、平行分量和大部分的垂直分量),i= i0=tg-1n21时，反射光为线偏振光，而折射光仍然是部分偏振光,反射光与折射光垂直。,布儒斯特窗：,例3将一介质平板放在水中, 板面与水平面的夹角为，如图。已知折射率n水=1.333，n介质=1.681，要使水面和介质面反射光均为线偏振光, 求,解：如图所示,根据布儒斯特定律,又,1669年，巴托里奴斯（Bartholinus）发现：通过方解石（冰洲石，即CaCO3）观察物体时，物体的像是双重的。,各向异性媒质（如方解石，石英等）时，将产生特殊的折射现象。,各向同性媒质（如空气，水，玻璃等）中遵从折射定律。,一.双折射现象（Double Refracti
6、on）,寻常光(o光ordinary )：遵守折射定律 非常光(e光extraordinary )：不遵守折射定律,7-4 光的双折射现象,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,二.双折射光的偏振特点,1.概念,只有一个光轴(如方解石、石英)的晶体为单轴晶体；有两个光轴(如云母、硫磺)的晶体为双轴晶体,光轴(Optical Axis) ：,光线在晶体中沿某一方向传播时不发生双折射现象，这一方向称为晶体的光轴,如：天然方解石晶体,主平面（principal plane）：,e光,光轴,o光,光轴,o 光的主平面,e 光的主平面,晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。,说明,(1) 光
7、轴在入射面时，o 光主平面和e 光主平面重合。,(2) 一般情况两个主平面并不重合。,(3) o 光和e 光的光矢量方向相互垂直。,光轴,o光,e光,e光不一定在入射面内，o光和e光的主平面并不重合,2.特点,o光和e光均为线偏振光, o光的振动方向垂直于它自己的主平面，e光的振动方向平行于它自己的主平面,光轴位于入射面内,o光和e光主平面重合(一般夹角很小)，此时o光与e光的振动方向相互垂直,三.双折射现象的解释,原因:o光在晶体内的速度是各向同性的,而e光却是各向异性的,o光：子波波面为球面.,e光：子波波面为椭球面,正晶体 (positive crystal),负晶体 (negative
8、 crystal),两光线只有在光轴方向速度相等，故两球面在光轴处相切。,惠更斯原理解释（光轴在入射面内）,斜射至晶体表面的平面波 （光轴与表面斜交）,平面波入射（光轴与表面斜交）,平面波入射，而光轴与晶体表面平行,平面波入射，而光轴与晶体表面垂直,四.尼科尔棱镜,对e光，疏密,对o光，密疏,全反射,线偏振光,o,e,e光,o光,o光,e光,五、 渥拉斯顿棱镜,出射的是两束分得很开的振动方向相互垂直的线偏振光,六、晶体的二向色性,二向色性：某些晶体对振动垂直的 o 光和 e 光有不同 吸收的性质。,利用晶体的二向色性可以从自然光中获得线偏振光。,利用晶体的这种性质（二向色性）可以制作偏振片。,尼科尔棱镜,波动光学部分,结束,
