第十四章第二課

第十四章第二課第1頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三三、馬呂斯定律I0IPPE0E=E0cos馬呂斯定律（1809）—消光自然光I0線偏振光IP偏振化方向（通光方向）···第2頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三四、部分偏振光表示法：自然光和完全偏振光的混合，就構(gòu)成了部分部分偏振光可看成是自然光和線偏振光的混合，偏振光。分解不相干平行板面的光振動較強(qiáng)········垂直板面的光振動較強(qiáng)就是這種部分偏振光，天空中的散射光和水面的反射光它可以分解如下：第3頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三五、反射和折射時(shí)光的偏振自然光反射和折射后成為部分偏振光·······n1n2iir··S分量P分量反射光垂直入射面的分量（S）比例大，折射光平行入射面的分量（P）比例大，入射角i變反射、折射光的偏振度也變。第4頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三第5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三i=i0時(shí)，反射光只有S分量：i0

—布儒斯特角或

起偏角i0

+r0=90

由

得布儒斯特定律·····n1n2i0i0r0線偏振光··S··第6頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三例：外腔式激光管加布儒斯特窗減少反射損失則：若n1

=1.00（空氣），n2=1.50（玻璃），·i0···········i0i0·激光輸出布儒斯特窗M1M2·i0垂直分量損耗大，不能形成激光，但平行分量能形成激光?；ビ?/p>

空氣→玻璃??t°==￠-

73350.100.1tg

10i

玻璃→空氣??yü°==-

35600.150.1tg

10i第7頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三對布儒斯特定律的定性解釋：折射光波在第二種介質(zhì)中激起電子做受迫振動，振動方向沿光矢量方向。振動的原子可看做是電偶極子輻射次波，這些次波傳回第一種介質(zhì)相干疊加形成反射波?！ぁぁぁぁ1n2i0i0r0線偏振光··S··P當(dāng)以布儒斯特角入射時(shí)，反射光垂直于折射光。在入射點(diǎn)處，P分量的振動方向正好沿著反射光線的方向，因電磁波是橫波，所以反射光只有S分量。第8頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三六、玻璃片堆起偏當(dāng)時(shí)反射光是線偏振的，可用來起偏。但單次反射的反射光強(qiáng)太低（只占15％），而且方向發(fā)生變化，使用不方便。因此更多利用時(shí)的折射光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。第9頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三第10頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三討論下列光線的反射和折射（起偏角）.第11頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三§14.3光的雙折射雙折射會映射出雙像第12頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三i一、雙折射的概念1、雙折射：n1n2rore(各向異性介質(zhì))自然光o光e光2、尋常（o）光和非尋常（e）光o光：遵從折射定律e光：一般不遵從折射定律e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。射到各向異性介質(zhì)時(shí)，一束光入折射光分成兩束的現(xiàn)象。第13頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三···方解石oeeo···以入射方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)方解石方解石偏振片雙折射的兩束光振動方向相互垂直方解石的雙折射第14頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，e光的像圍繞o

光的像旋轉(zhuǎn)。o

光的像不動，光光雙折射紙面方解石晶體

o光的像e光的像第15頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三光光雙折射紙面方解石晶體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：第16頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三光光雙折射紙面方解石晶體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：第17頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三光光雙折射紙面方解石晶體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：第18頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三光光雙折射紙面方解石晶體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：第19頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三3、晶體的光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)例如，方解石晶體（冰洲石）的光軸：由鈍頂角引出的與三個(gè)鄰邊成等角的方向就是光軸。

光軸是一個(gè)特殊的方向，單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體，如方解石。雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體，如云毋。該方向稱為晶體的光軸。生雙折射，直線均為光軸。凡平行于此方向的第20頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三方解石的光軸第21頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三4、主截面與主平面晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面o光光軸o光的主平面····e光光軸e光的主平面叫該束光的主平面。晶體表面的法線與光軸決定的平面，稱為晶體的主截面。第22頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三晶體的各向異性：介電常數(shù)為x

,yx=y

z,CaCO3CaOCz光軸光矢量垂直于光軸時(shí)，光矢量振動方向與晶體光軸的夾角不同，介電常數(shù)就不同，光的傳播速度也就不同。二、晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體介電常數(shù)為z光矢量平行于光軸時(shí)，第23頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三o光：no

，ne

稱為晶體的主折射率正晶體：ne>no負(fù)晶體：ne<novotvet光軸點(diǎn)波源點(diǎn)波源votve

t光軸e光：(ve<vo)(ve>vo)如：石英、冰如：方解石、紅寶石························vot光軸光軸vetvot第24頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三ee三、單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法1、光軸平行晶體表面，自然光垂直入射··光軸晶體··

o、e方向上雖沒分開，下面以負(fù)晶體(ve>vo)為例，介紹該方法：oo但速度上是分開的，這仍是雙折射。····以惠更斯原理為依據(jù)的惠更斯作圖法，是研究光在晶體中傳播的重要方法。正---長軸負(fù)---短軸惠更斯：光波陣面上每一點(diǎn)都可以看作新的子波源，以后任意時(shí)刻，這些子波的包跡就是該時(shí)刻的波陣面。——1690年第25頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三o

e2、光軸平行晶體表面，且垂直入射面，····晶體光軸rei········voΔtveΔto

ecΔt自然光斜入射在這種特殊的情況下，對e光也可以用折射定律。r0第26頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三3、光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射····

e方解石光軸··oooee······晶體光軸····這正是前面演示的情形。第27頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三§14.4橢圓偏振光和圓偏振光一、晶體起偏器件

1、晶體的二向色性、晶體偏振器某些晶體對o光和e光的吸收有很大差異，例如，電氣石對o光有強(qiáng)烈吸收，····光軸e光電氣石光軸對e光吸收很弱，用它就可以產(chǎn)生線偏振光。這叫晶體的二向色性。第28頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三2、偏振棱鏡偏光棱鏡：偏振棱鏡可由自然光獲得高質(zhì)量的線偏振光，可由自然光獲得原方向的線偏振光它又可分為偏光棱鏡和偏光分束棱鏡。玻璃吸收涂層··

··

·方解石Zo光幾乎不改變方向；e光在方解石界面上全反射后被吸收?？梢杂捎?jì)算出e光的全反射臨界角格蘭─湯姆孫棱鏡第29頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三偏光分束棱鏡：可由自然光獲得分開的兩束線偏振光e·····12方解石方解石····oe光軸光軸沃拉斯頓棱鏡o光進(jìn)入到第1塊方解石后，o光和e光在方向上沒有分開。由于方解石2和方解石1二者光軸垂直，當(dāng)光進(jìn)入到方解石2時(shí)，o

光變成e光（no>ne）：光密光疏；而e光變成o

光：光疏光密于是兩光束在界面處發(fā)生折射而分開。第30頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三

一束線偏振光垂直射入一塊方解石，入射前光矢量方向與晶體的主截面成30o角，求：在方解石中o光、e光的光強(qiáng)之比。例題

解：垂直射入主截面、主平面共面若入射光振幅AydxAAoAe線偏振光光軸d光軸第31頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三例題

用方解石切割成正三角形截面的棱鏡，自然光以i角入射，定性畫出o光、e光的振動方向，傳播方向。

解：方解石——負(fù)晶體——垂直光軸方向ve>vo光軸ie光o光e光o光注意：o光、e光只在晶體內(nèi)部才有意義！第32頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三第33頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三二、變相差器圓和橢圓偏振光的起偏波片：光軸平行于表面的晶體薄片。ydxAAoAe線偏振光光軸AAoAe光軸P橢圓(圓、線)偏振光d光軸波片從晶片出射的兩束光由于出現(xiàn)相位差，而合成為一束橢圓、圓或線偏振光。ee····oo····光軸第34頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三在入射點(diǎn)，o、e光的相位差為零或，在出射點(diǎn)晶片對o、e光產(chǎn)生的附加相位差：，出射光為橢圓(圓)偏振光當(dāng)ydxAAoAe線偏振光光軸橢圓（圓、線）偏振光d光軸晶片，出射光仍為線偏振光當(dāng)?shù)?5頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三

1、四分之一波(晶)片線偏振光→圓偏振光線偏振光→線偏振光可從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）厚度滿足線偏振光→橢圓偏振光ydxAAoAe線偏振光光軸AAoAe光軸P橢圓(圓、線)偏振光d光軸晶片第36頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三2、二分之一波片可使線偏振光振動面轉(zhuǎn)過2角度3、全波片

注意：波片是對某個(gè)確定波長而言的A出光軸A入AoAe第37頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三三、橢圓與圓偏振光的檢偏【思考】如何用四分之一波片和偏振片區(qū)分部分偏振光和橢圓偏振光自然光和圓偏振光第38頁，共41頁，2023年，2月20日，星期三四分之一波片圓偏振光自然光自然光線偏振光偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光

I不變線偏振光I變，有消光以入射光方向?yàn)檩S四分之一波片橢圓偏振光部分偏振光線偏振光偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光I變，有消光部分偏振光光軸平行最大光強(qiáng)或最小光強(qiáng)方向放置線偏振光I變