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波动光学偏振本讲稿第一页，共二十一页2.2.自然光自然光一束自然光可分解为两束振动方向相互一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干垂直的、等幅的、不相干(无固定相位无固定相位关系关系)的线偏振光的线偏振光 坐标轴任意选择坐标轴任意选择3.3.部分偏振光部分偏振光本质上同自然光本质上同自然光 但显示出某个方向的振动较强些但显示出某个方向的振动较强些 分解分解分量占优分量占优分量占优分量占优可看作线偏振光与可看作线偏振光与自然光的混合自然光的混合本讲稿第二页，共二十一页 二向色性二向色性 某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个而只让与这个方向垂直的光振动通过方向垂直的光振动通过,这种性质称二向色性这种性质称二向色性.偏振片偏振片 涂有二向色性材料的透明薄片涂有二向色性材料的透明薄片.偏振化方向偏振化方向 当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向.允许通过的光振动允许通过的光振动方向。方向。偏振化方向偏振化方向偏振片的用途：偏振片的用途：“起偏起偏”和和“检偏检偏”光强光强 I0光强光强 I0/2二、偏振片的起偏和检偏二、偏振片的起偏和检偏二、偏振片的起偏和检偏二、偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律本讲稿第三页，共二十一页马吕斯定律马吕斯定律光强为光强为I0的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为：的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为：I0I证明：证明：证明：证明：本讲稿第四页，共二十一页起偏起偏自然光自然光偏振光偏振光检偏检偏偏振光偏振光偏振光偏振光检偏检偏无出射光无出射光检偏检偏设检偏器的偏振化方向与起检偏器的偏振化方向之间的夹角为设检偏器的偏振化方向与起检偏器的偏振化方向之间的夹角为 光强光强 I0光强光强 I0/2光强光强 I0/2时：时：时：时：起偏起偏自然光自然光偏振光偏振光光强光强 I0光强光强 I0/2光强光强 I0/2时：时：起偏起偏自然光自然光偏振光偏振光光强光强 I0光强光强 I0/2本讲稿第五页，共二十一页 例例 有两个偏振片有两个偏振片,一个用作起偏器一个用作起偏器,一个用作检偏器一个用作检偏器.当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时,一束单色自然一束单色自然光穿过它们光穿过它们,出射光强为出射光强为 ;当它们偏振化方向间的夹当它们偏振化方向间的夹角为角为 时时,另一束单色自然光穿过它们另一束单色自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ,且且 .求两束单色自然光的强度之比求两束单色自然光的强度之比.解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为 和和 .经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 .经过检偏器后经过检偏器后本讲稿第六页，共二十一页反射光中垂直入射面振动占优反射光中垂直入射面振动占优折射光中平行入射面振动占优折射光中平行入射面振动占优布儒斯特定律布儒斯特定律 入射角满足入射角满足 时时反射光是线偏振光，振动垂直入射面反射光是线偏振光，振动垂直入射面 布儒斯特角布儒斯特角起偏角起偏角由折射定律由折射定律用玻璃片堆起偏用玻璃片堆起偏 三、三、反射和折射起偏反射和折射起偏 布儒斯特定律布儒斯特定律本讲稿第七页，共二十一页讨论讨论讨论下列光线的反射和折射（讨论下列光线的反射和折射（起偏角起偏角 ）.本讲稿第八页，共二十一页 在拍摄玻璃窗内的物体时，在拍摄玻璃窗内的物体时，加偏振片加偏振片可去掉反射光的干扰。可去掉反射光的干扰。（C）用偏光镜用偏光镜消除消除了反了反射偏振光射偏振光,使玻璃门内的使玻璃门内的人物清晰可见人物清晰可见（A）玻璃门玻璃门表面表面的的反光很强反光很强（B）用偏光镜用偏光镜减减弱弱了反射偏振光了反射偏振光本讲稿第九页，共二十一页四、四、双折射现象双折射现象1.双折射晶体双折射晶体入射光入射光o光光e光光o光光服从折射定律，寻常光，服从折射定律，寻常光，e 光光不服从折射定律，非常光，不服从折射定律，非常光，二者均为线偏振光二者均为线偏振光方解石晶体方解石晶体（CaCO3）o o光折射线一定在入射面内光折射线一定在入射面内e e光折射线不一定在入射面内光折射线不一定在入射面内 本讲稿第十页，共二十一页光轴光轴晶体内的一个特殊方向，晶体内的一个特殊方向，在此方在此方向上不发生双折射向上不发生双折射光轴在晶体内光轴在晶体内光轴是一个方向光轴是一个方向分类：分类：双轴晶体双轴晶体单轴晶体单轴晶体方解石（冰洲石）方解石（冰洲石）石英石英红宝石红宝石云母云母蓝宝石蓝宝石硫磺硫磺方解石晶体方解石晶体光轴方向光轴方向磨光，可得到与光轴垂直的表面磨光，可得到与光轴垂直的表面本讲稿第十一页，共二十一页主截面主截面光轴与晶体表面的法线构成的平面光轴与晶体表面的法线构成的平面主平面主平面晶体中光线与光轴方向构成的平面晶体中光线与光轴方向构成的平面振动方向垂直振动方向垂直o光主平面光主平面振动方向平行振动方向平行e 光主平面光主平面一组相互平行的平面一组相互平行的平面振动方向垂直振动方向垂直光轴光轴o光光e光光服从折射定律服从折射定律线偏振光线偏振光不服从折射定律不服从折射定律线偏振光线偏振光振动方向与振动方向与光轴夹角光轴夹角及传播有关及传播有关光轴光轴方解石方解石e光光o光光o光光主平面与主平面与e光主平光主平面面并不一定重合并不一定重合 当当入入射射面面与与某某个个主主截截面面重重合合时时，o光光主主平平面面、e 光光主主平平面面都都在在主主截截面面内，内，o光和光和e光振动方向严格垂直光振动方向严格垂直本讲稿第十二页，共二十一页2.惠更斯原理对双折射的描述惠更斯原理对双折射的描述o光、光、e光的波阵面光的波阵面e 光：传播速度与方向有关光：传播速度与方向有关o光：各方向的传播速度相等光：各方向的传播速度相等正晶体正晶体光轴光轴负晶体负晶体如：石英、冰如：石英、冰如：方解石、红宝石如：方解石、红宝石光轴光轴垂直光轴方向上，垂直光轴方向上，e 光与光与o光速度差别最大光速度差别最大光的传播速度取决于光光的传播速度取决于光矢量振动方向与晶体光轴的夹角矢量振动方向与晶体光轴的夹角沿光轴方向上，沿光轴方向上，e 光与光与o光速度相等光速度相等本讲稿第十三页，共二十一页惠更斯作图法惠更斯作图法(负晶体为例负晶体为例)光轴光轴 界面，自然光正入射界面，自然光正入射 光轴光轴自然光自然光o光光e光光e 光的速度等于光的速度等于o光速度光速度光轴光轴 界面，自然光正入射界面，自然光正入射光轴光轴自然光自然光o光光e光光e 光的速度大于光的速度大于o 光速度光速度光轴光轴 界面，自然光界面，自然光斜入射斜入射光轴光轴o光光e光光晶体晶体光轴光轴o光光e光光光轴光轴与界面斜交，自然光与界面斜交，自然光正入射正入射波射线波射线 本讲稿第十四页，共二十一页3.尼克耳棱镜尼克耳棱镜自然光自然光e 光光O 光光光轴光轴 将天然的方解石晶体按一定的要求加工成两块直角棱镜，然将天然的方解石晶体按一定的要求加工成两块直角棱镜，然后再用特种树胶把它们粘合起来制成一块斜长方形的光学棱镜。后再用特种树胶把它们粘合起来制成一块斜长方形的光学棱镜。尼科耳棱镜可用于起偏和检偏尼科耳棱镜可用于起偏和检偏本讲稿第十五页，共二十一页 =0yx仍仍为为线线偏偏振振光光椭圆偏振光椭圆偏振光右旋右旋左旋左旋偏振方向垂直、频率相同、相位差恒定的线偏振光的合成偏振方向垂直、频率相同、相位差恒定的线偏振光的合成合成轨道是合成轨道是圆圆称为圆偏振光称为圆偏振光(特殊的椭圆偏振光特殊的椭圆偏振光)五、椭圆偏振光和圆偏振光五、椭圆偏振光和圆偏振光五、椭圆偏振光和圆偏振光五、椭圆偏振光和圆偏振光 波片波片波片波片1.椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光 本讲稿第十六页，共二十一页2.晶体波片晶体波片晶体薄片，光轴平行于晶体薄片，光轴平行于薄片薄片表面表面光线正入射光线正入射两束光出现固定的相位差两束光出现固定的相位差相干光相干光线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏椭圆偏振光振光线偏振光线偏振光光轴光轴线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光本讲稿第十七页，共二十一页光偏振状态的检验光偏振状态的检验第一步：用偏振片第一步：用偏振片线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光偏偏振振片片(转转动动)线偏振光线偏振光 I 变、有消光变、有消光圆偏振光圆偏振光自然光自然光I 不变不变部分偏振光部分偏振光 I 变、无消光变、无消光椭圆偏振光椭圆偏振光第二步：第二步：再用再用1/4波片波片+偏振片偏振片 四四分分之之一一波波片片偏偏振振片片(转转动动)自然光自然光圆偏振光圆偏振光自然光自然光I 不变不变线偏振光线偏振光有消光有消光椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光线偏振光*有消光有消光部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光I 变变 无消光无消光本讲稿第十八页，共二十一页六、六、偏振光的干涉偏振光的干涉1.1.典型装置典型装置甲区：甲区：线偏振光，线偏振光，振幅振幅A1，光强光强乙区：乙区：光轴光轴方向方向o光光e光光线偏振光线偏振光 单色单色自然光自然光I0光轴光轴甲区甲区丙区丙区乙区乙区丙区：丙区：与晶体种类、波长、波片厚度有关与晶体种类、波长、波片厚度有关本讲稿第十九页，共二十一页 单色单色自然光自然光I0光轴光轴甲区甲区丙区丙区乙区乙区若若P1与与P2平行平行无附加相位差无附加相位差 1.光弹性效应光弹性效应 某些非晶体物质，在力的某些非晶体物质，在力的作用下发生形变时，将失去非晶体的各向同作用下发生形变时，将失去非晶体的各向同性的特征而具有晶体的性质，从而也能呈现性的特征而具有晶体的性质，从而也能呈现出双折射现象。出双折射现象。七、人为双折射七、人为双折射本讲稿第二十页，共二十一页a)克尔效应克尔效应 某些各向同性的非晶体或液体等透明物质，在强电场某些各向同性的非晶体或液体等透明物质，在强电场作用下，能变为各向异性而显示双折射现象作用下，能变为各向异性而显示双折射现象。非晶体或液体，如非晶体或液体，如硝基苯硝基苯+-b）泡克耳斯效应泡克耳斯效应：2.电光效应电光效应本讲稿第二十一页，共二十一页