第20章　光的偏振

第二十章

光的偏振返回主目錄一偏振現(xiàn)象

光矢量振動(dòng)面v0HE只有橫波才有偏振現(xiàn)象。20-1自然光與偏振光

橫波

光矢量

的振動(dòng)方向總與光的傳播方向垂直，在垂直于光傳播方向的平面內(nèi),

可有不同的振動(dòng)方向。2振動(dòng)面：光矢量與傳播方向組成的平面。1橫波的偏振性第二十章光的偏振光矢量在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)的振動(dòng)狀態(tài)?？煞譃橄铝?種：線偏振光、自然光、部分偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光3偏振態(tài)沒有優(yōu)勢方向

一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。自然光的表示法：···自然光的分解普通光源發(fā)出的光,在垂直于傳播方向的平面上,所有可能方向的光矢量E的振幅都相等。0第二十章光的偏振二自然光—三線偏振光--光矢量只在某一固定的方向上振動(dòng)。E播傳方向振動(dòng)面線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解?！っ鎸?duì)光的傳播方向看EEyEx

yx

0線偏振光的表示法：·····光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)平行板面第二十章光的偏振

在垂直于傳播方向的平面上,一些方向的光振動(dòng)比另一些方向的光振動(dòng)占優(yōu)勢。

部分偏振光

部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：······平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)··四部分偏振光部分偏振光的分解第二十章光的偏振偏振片所允許通過的光振動(dòng)方向稱為該偏振片的偏振化方向.

表示方法：用記號(hào)“?”表示偏振化方向自然光偏振片線偏振光

20-2偏振片的起偏和檢偏馬呂斯定律一偏振片

一種能使自然光變?yōu)槠窆獾娜嗽焱该鞅∑?第二十章光的偏振

偏振片

偏振化方向二偏振片的起偏和檢偏自然光通過偏振片后成為偏振光，這就是起偏振，而這種偏振片就叫做起偏振器.偏振片可以檢查某一光波是否是偏振光，這就是檢偏振，而這種檢驗(yàn)偏振光的偏振片就叫做檢偏振器.第二十章光的偏振

檢偏振器:

起偏振器:

圖a:B的偏振化方向與偏振片A的偏振化方向平行,從B射出的光強(qiáng)度大，最亮.三馬呂斯定律

表達(dá)式:

證明:馬呂斯定律證明用圖第二十章光的偏振圖b:B的偏振化方向與偏振片A的偏振化方向成夾角,從B射出的光強(qiáng)度隨角變化而變化.(I:透射光強(qiáng)Io:入射光強(qiáng):偏振化方向夾角)

表示入射線偏振光的光振方向,表示檢偏器偏振化方向，兩者的夾角為.將入射光光矢量分解為兩個(gè)相互垂直的分量和，其中只有平行于檢偏器偏振化方向的分量可通過檢偏器.所以透射光的振幅，由于光強(qiáng)與光振幅平方成正比，故有所以與此前觀察結(jié)論一致例題20-1有兩個(gè)偏振片，其中一個(gè)用作起偏器，另一個(gè)用作檢偏器.（1）它們的偏振化方向間夾角為30o時(shí)觀測一束自然光，當(dāng)它們間的夾角為60o時(shí)光測另一束自然光，發(fā)現(xiàn)從檢偏器透過的兩束光強(qiáng)相等，求自然光的強(qiáng)度比;（2）如果投`第二十章光的偏振則,

射到檢偏器的偏振光強(qiáng)度為Io，要求透射光的強(qiáng)度降低為原來的1/4，則檢偏器應(yīng)繞入射光方向轉(zhuǎn)過多少度？解：（1）設(shè)這兩束自然光的強(qiáng)度分別為I1和I2，根據(jù)馬呂斯定律及題給條件可得(2)不論檢偏器沿哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，都得到相同結(jié)果.第二十章光的偏振

一反射偏振

反射和折射過程會(huì)使入射的自然光有一定程度的偏振化，因?yàn)榉瓷涔鈱?duì)光振動(dòng)方向有選擇性，與入射面垂直的光振動(dòng)容易反射。部分偏振光自然光部分偏振光20-3反射光和折射光的偏振第二十章光的偏振

反射光的偏振化程度和入射角有關(guān)，當(dāng)入射角等于某一特定值i0

，且滿足：這時(shí)反射光成為線偏振光。布儒斯特定律自然光線偏振光起偏振角布儒斯特角第二十章光的偏振部分偏振光二折射偏振i0(接近線偏振光)玻璃片堆最后獲得兩束振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光。

為了獲得強(qiáng)度較大的線偏振光，可以讓自然光通過許多平行玻璃片組成的玻璃片堆，最后透射出來的光就幾乎成為完全偏振光.第二十章光的偏振

例題20-2一束平行的自然光，以58o角入射到平行玻璃表面，反射光束是偏振光，則透射光束的折射角是多少？玻璃的折射率是多少？解：當(dāng)入射角為布魯斯特角時(shí)，反射光為偏振光，此時(shí)反射光束與折射光束滿足第二十章光的偏振

所以透射光束的折射角為由布魯斯特定律，可得玻璃的折射率為一雙折射現(xiàn)象

一束光射入各向異性晶體后有兩束折射光的現(xiàn)象。n1n2iγoγe(各向異性媒質(zhì))自然光

尋常光線(o光):遵守折射定律。對(duì)于晶體一切方向都具有相同的折射率，且在入射面內(nèi)傳播。

非常光線(e光):不遵守折射定律。它的折射率隨方向而變化，并且不一定在入射面內(nèi)傳播。o光和e光都是線偏振光,且振動(dòng)方向相互垂直。

20-4雙折射現(xiàn)象二尋常光和非常光第二十章光的偏振三晶體的光軸和主截面1晶體的光軸

在晶體中不發(fā)生雙折射現(xiàn)象的特殊方向稱做晶體的光軸.

晶體分單軸晶體與雙軸晶體

沿光軸方向o光和e光的折射率相等2晶體的主截面

通過光軸并與任一天然晶面相正交的平面叫做晶體的主截面.

o光的振動(dòng)方向垂直于晶體的主截面，e光的振動(dòng)方向平行于主截面.第二十章光的偏振四

惠更斯原理對(duì)雙折射現(xiàn)象的解釋

以下四種情況是平行光在方解石晶體表面產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象的圖示.b光軸與晶體表面有一夾角且平面波正入射c光軸與晶體表面平行且平面波正入射d光軸與晶體表面平行且與入射面垂直a光軸在入射區(qū)內(nèi)與晶體表面有夾角平面波斜入射第二十章光的偏振以b圖為例,利用惠更斯原理解釋如下:由圖可知，在此情況下,雖入射光垂直入射,e光也不遵守折射定律。五應(yīng)用雙折射產(chǎn)生偏振光的儀器1

尼科耳棱鏡

將兩塊特殊要求加工的直角方解石用特制樹膠粘合成一體的長方形柱形棱鏡．是利用方解石的雙折射現(xiàn)象及光的全反射現(xiàn)象而獲得線偏振光的儀器。第二十章光的偏振

為o光的新波陣面，AD線為o光在晶體中傳播的方向；為e光的新波陣面，AE線為e光在晶體中傳播的方向。2二向色性與人造偏振片

某些晶體（電氣石、硫酸金雞鈉堿晶體等）對(duì)光振動(dòng)有強(qiáng)烈的選擇性吸收能力，這種性質(zhì)稱為二向色性。如電氣石晶體對(duì)自然光的某一振動(dòng)方向上的光振動(dòng)幾乎完全吸收，而垂直于該方向的光振動(dòng)只稍微減弱后通過。

利用物質(zhì)的二向色性制成的起偏裝置稱為偏振片。第二十章光的偏振20-5橢圓偏振光和圓偏振光波片一橢圓偏振光和圓偏振光◆若o光和e光相遇點(diǎn)處的光矢量合成時(shí)，末端軌跡是橢圓,則叫做橢圓偏振光;如果是圓，則叫圓偏振光.◆利用下圖所示裝置可以獲得橢圓偏振光和圓偏振光.從起偏器得到的線偏振光，經(jīng)過晶片后，成為相互垂直的o光和e光，兩者的振幅分別為:,Am為入射偏振光的振幅,d為晶片厚度獲得橢圓和圓偏振光裝置第二十章光的偏振兩者的光程差和位相差分別為:二波片◆

表面與光軸平行的晶體薄片稱為波片.◆o光和e光的光程差為1/4波長的奇數(shù)倍的波片稱為1/4波片，利用1/4波片可以使線偏振光變成圓偏振光.1/4波片的最小厚度為◆o光和e光的光程差為1/2波長的奇數(shù)倍的波片稱為1/2波片，1/2波片不改變?nèi)肷渚€偏振光的光矢量的振動(dòng)軌跡，只改變其運(yùn)動(dòng)方向.1/2波片的最小厚度為第二十章光的偏振20-6偏振光的干涉人為雙折射現(xiàn)象一偏振光的干涉偏振光的干涉第二十章光的偏振▲偏振光的干涉：偏振光通過晶片后成為兩束相互之間有一定位相差而振動(dòng)面相互垂直的偏振光.若使這兩束光在通過偏振器，可發(fā)生干涉現(xiàn)象，這就是偏振光的干涉.▲干涉條件:當(dāng)或干涉最強(qiáng)▲應(yīng)用:采礦、冶金、材料工業(yè)及研究晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu).二人為雙折射現(xiàn)象▲在外界作用下，使各向同性媒質(zhì)變成各向異性媒質(zhì)，從而產(chǎn)生雙折射的現(xiàn)象稱做人為雙折射現(xiàn)象.▲各向同性的非晶體在機(jī)械應(yīng)力作用下變成各向異性并顯示出雙折射現(xiàn)象，稱為光彈效應(yīng)或應(yīng)力雙折射.▲某些晶體或液體在加電場作用下能顯示出雙折射現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為克爾效應(yīng).第二十章光的偏振當(dāng)或干涉最弱其中20-7

旋光現(xiàn)象

線偏振光通過某些透明介質(zhì)后，它的光振動(dòng)方向?qū)⒗@著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)某一角度

的現(xiàn)象，稱為旋光現(xiàn)象。這種介質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。如石英、糖、酒石酸鉀鈉等。F為濾色片；M為起偏器；N為檢偏器；旋光物體C（例如石英片）放在兩個(gè)正交的偏振片M

與N

之間，將會(huì)看到視場由原來的暗變亮，把檢偏器

N旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，又可得到暗視場，該角即為

。

第二十章光的偏振

迎著光的傳播方向觀察，光矢量的振動(dòng)方向按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，稱為左旋偏振光，相應(yīng)物質(zhì)稱左旋物質(zhì)；反之為右旋偏振光，相應(yīng)物質(zhì)稱右旋物質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)證明：振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度

與材料的厚度d

、濃度C、入射光的波長

以及溫度有