物理光學（第6版）課件 第7章 光的偏振與晶體光學基礎(chǔ)

7.1

從自然光獲得線偏振光偏振現(xiàn)象證實了光的橫波性。振動方向和傳播方向垂直的波叫橫波。面動振一、自然光與偏振光（1）在垂直光傳播的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動的概率均等，振動方向無規(guī)則性（2）可以看成由兩個振動方向相互垂直，振幅相等，沒有固定位相關(guān)系的線偏振光的疊加。XYZ

1.自然光沒有優(yōu)勢方向自然光的分解分解

1）線偏振光（Linearlypolarizedlight）

2）圓偏振光（Circularlypolarizedlight）：3）橢圓偏振光（Ellipticallypolarizedlight）：

2、偏振光

光的電矢量方向和大小有規(guī)則變化的光1）線偏振光振動面ZX光矢量方向不變，其大小隨位相變化Linearlypolarizedlight2）圓偏振光光矢量大小不變，其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動，且矢量末端軌跡為圓Circularlypolarizedlight光矢量大小和方向都在有規(guī)律地變化，矢量末端軌跡為橢圓。3）橢圓偏振光Ellipticallypolarizedlight右旋圓偏振光右旋橢圓偏振光規(guī)定：迎著光線看（對著光的傳播方向），光矢量——順時針轉(zhuǎn)的稱右旋圓(橢圓)偏振光；逆時針轉(zhuǎn)的稱左旋圓(橢圓)偏振光。圓（橢圓）偏振光的左旋或右旋yx圓偏振光的分解圓（橢圓）偏振光=由兩個振動方向相互垂直、有固定位相關(guān)系

的線偏振光的疊加。yx橢圓偏振光的分解yx圓（橢圓）偏振光的分解3、部分偏振光部分偏振光介于自然光與偏振光之間。在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)沿各方向振動的光矢量都有，但振幅不對稱，在某一方向振動較強，而與它垂直的方向上振動較弱。兩垂直方向光振動之間無固定的位相差。自然光和部分偏振光

偏振度

It—總強度Ip—完全偏振光的強度定義In—自然光的光強

自然光和部分偏振光

偏振度

線偏振光P

=1自然光P

=0部分偏振光0<P<1P的取值范圍：1）利用反射和折射2)利用二向色性3)利用晶體的雙折射4)利用散射。二、從自然光獲得線偏振光的方法布儒斯特角的性質(zhì)光矢量平行于入射面的p波，光矢量垂直于人射面的s波。由于這兩個波的反射系數(shù)不同，因此反射光和折射光一般地就成為部分偏振光。當入射光的入射角等于布儒斯特角時，反射光成為s波的線偏振光。用玻璃片堆獲得偏振光1.利用反射和折射獲得線偏振光用玻璃片堆獲得偏振光外腔式氣體激光器輸出線偏振光1.利用反射和折射獲得線偏振光偏振分光鏡天然：某些各項異性的晶體對不同振動方向的偏振光有不同的吸收系數(shù)的性質(zhì)。人造：H偏振片、K偏振片等等2.利用二向色性獲得線偏振光常見：聚乙烯醇薄膜常見：電氣石馬呂斯定律3.馬呂斯定律和消光比消光比：最小透射光強與兩偏振器件透光軸互相平行時的最大透射光強之比。驗證馬呂斯定律和測定消光比的實驗裝置7.2晶體的雙折射

與圖形表示191.雙折射（DoubleRefraction）現(xiàn)象一、

雙折射現(xiàn)象的規(guī)律202.o光和e光尋常光（Ordinarylight,o光）非尋常光（Extraordinarylight,e光）實驗證明：o光和e光均為線偏振光.213、光軸(Opticalaxis)在光軸方向上，no=ne分類：單軸晶體uniaxiscrystal

如：方解石(Calcite)、石英(Quartz)

雙軸晶體biaxiscrystal

如：云母(Mica)藍寶石(Sapphire）雙折射晶體內(nèi)存在一個特殊的方向不發(fā)生雙折射晶體的光軸224、主平面(Principalplane)和主截面(Principalsection)主平面：光線+光軸

o光主平面：o光和晶體光軸組成的面為o主平面e光主平面：e光和晶體光軸組成的面為e主平面主截面:

光軸+晶體表面法線入射光e光e光O光O光一般情況下o、e主平面不重合CCO光主平面e光e光主平面主平面：光的傳播方向+光軸

構(gòu)成的平面主截面光軸+晶面法線(Normalline)的平面方解石109oo71CCCC當入射光在主截面內(nèi)時，o光、e光振動方向互相垂直o光、e光主平面、主截面重合入射光、法線、光軸在同一平面1.單軸晶體中光波的傳播xyz(光軸)o光：波陣面是球面e光：波陣面是旋轉(zhuǎn)橢球面沿光軸方向e光與O光具有相同的速率eo⊙光軸

二、

惠更斯原理作圖與雙折射

2.正晶體、負晶體vovevove（如方解石）負晶體正晶體（如石英）主折射率

、

主速度z光軸z光軸幾種單軸晶體的主折射率

晶體方解石白云石石英冰1.65841.4864-0.17201.6811.500-0.1811.544241.55335+0.00891.3091.313+0.004ennOennO對鈉黃光波長=589.3nm3、用惠更斯作圖法說明雙折射現(xiàn)象方解石a.光軸平行于界面,光垂直入射到界面上.光軸

ooee石英

光軸ooee

ABAB光線透過該厚度為d的晶體后，

o光、e光的光程差為：出射光沿同方向傳播，具有相互垂直的偏振方向，但傳播速度不相同，認為也產(chǎn)生了雙折射現(xiàn)象。方解石光軸

ooee光線透過該厚度為d的晶體后，

o光、e光的光程差為：出射光沿同方向傳播，具有相互垂直的偏振方向，但傳播速度不相同，認為也產(chǎn)生了雙折射現(xiàn)象。石英

光軸ooee

b.平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸垂直于晶體表面。出射光沿同方向傳播，具有相互垂直的偏振方向，傳播速度相同，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。c.平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸與晶體表面斜交出射兩束偏振方向相互垂直的線偏振光BF空氣方解石d.光軸在入射面內(nèi)光軸

光軸7.3晶體光學器件

取一塊長度約為寬度三倍的方解石晶體，將兩端磨去約30，使主截面上的角度為680。1.尼科耳棱鏡（TheNicolprism）將晶體沿著垂直于主截面及兩端面的平面ABCD切開、磨平；再用加拿大樹膠粘合起來一、

偏振棱鏡1.尼科耳棱鏡（TheNicolprism）原理缺點：1.價格昂貴；

2.不適合高度會聚或發(fā)散的光束；

3.入射光束與出射光束不在同一直線上e優(yōu)點：對可見光透明度高，能產(chǎn)生完善的線偏振光尼科耳棱鏡的應用：起偏和檢偏

2.格蘭棱鏡（Glanprism）e

光幾乎不改變方向；o

光在方解石界面上全反射后被吸收。優(yōu)點：出射光與入射光同在一直線上3.渥拉斯頓棱鏡(Wollastonprism)兩塊直角方解石光軸相