大学物理 光的偏振

光的偏振
1.自然光（非偏振光）
在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有可能方向上都
相等，各矢量之间没有固定的相位关系，这种光称为自然光。
IxA x 2 A i2x
IyA y 2 A i2y
1 Ix Iy 2 I0
2.线偏振光
光的振动方向在同一平面内， 只沿某一固定方向振动的光。
平面202偏1/6/1振6 光 完全偏振光
2.透振方向（偏振化方向）：
当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向 的光通过，这个方向叫此偏振片的透振方向。
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透振方向
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起偏器
E 0 I0
三、马吕斯定律：
EI
检偏器
一束光强为 I0 的线偏振光，透过检偏器的透射光强为：
I I0 cos2
是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向之间夹角。
2.晶体主截面 界面的法线和光轴构成的平面
B 方解石晶体
3.晶体主平面 晶体20中21/6某/16光线和光轴构成的平面
单轴晶体 双轴晶体
产生双折射的原因
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寻常光线（O光） 光振动方向始终与光轴垂直，在晶体中的传 播速度和折射率恒定，因而遵守折射定律。
no
c vo
常量
非常光线（e光）
光轴 O光波阵面
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19-3 反射和折射起偏 布儒斯特定律
1. 反射和折射起偏
反射光：部分偏振光
n 垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动。
折射光：部分偏振光
1
n 平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动。
2
ii
布儒斯特定律
玻璃
tg i0
n2 n1
i0 为起偏角
满足上式反射光是垂直于入射面的完
全线偏振光，折射光是部分偏振光。
一、双折射的寻常光和非常光
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偏振片
e光
寻常光（O光）： 满足折射定律。
O光
非常光（e 光）： 违背折射定律。 实验证明 O 光和 e 光都是偏振光
晶体光学性质简介
1.晶体的光轴 晶体内部的一个特殊方向，称晶体的 光轴。光线沿这一方向传播时不发生 双折射现象。
102 A 光轴
102 102
78
78
78
光振动方向和光轴夹角在晶体
中发生变化，传播速度和折射 率也随之改变，因而不遵守折
ve
Байду номын сангаас
vo
射定律。
ne
c ve
ne 为主折射率
e光波阵面
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*二、惠更斯原理对双折射现象的解释
1.正晶体和负晶体
正晶体:
光轴
none(vo ve)
vo
•v e
如石英，碳，冰。
负晶体:
no ne(vove)
正晶体
Ao Asin
Ae Acos
(none)d
4
/2
P1
光 轴
正椭圆偏振光
d
/4
圆偏振光
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小结：偏振光的获得和检验
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1.偏振光的获得
1）线偏振光：（从自然光获得线偏振光） 偏振片、玻片堆、晶体（波片）、尼科耳棱镜等。
2）椭圆偏振光： 自然光通过起偏器和一个波片。
2.检验偏振光
自然光，圆偏振光，线偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光。
如方解石，红宝石。
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光轴
vo • ve
负晶体
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2）*惠更斯作图法
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折射表面 光轴方向
B
空气
A
B
A0 Be
方解石
Oe
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光轴
O
eO e
光轴
(b)
(a)
光轴
(c)
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光轴
e O (d)
三、尼科尔棱镜
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*四、1/4波片和半波片
19 光的偏振
1
19-1 自然光和偏振光 19-2 起偏和检偏 马吕斯定律 19-3 反射和折射起偏 布儒斯特定律
19-4 晶体双折射 偏振棱镜
19-5 椭圆和圆偏振光的获得和检验
19-6 偏振光的干涉 19-7 光弹效应和电光效应
19-8 旋光
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19-1 自然光和偏振光
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一、自然光 偏振光 光波是横波
E v
振动面
3.部分偏振光
3
某一方向的光振动比与其垂直方向上的 光振动占优势的光，称为部分偏振光。
4.椭圆偏振光和圆偏振光
频率相同，振动方向互相垂直，且有固 定相位差的两列线偏振光的合振动。
xAxcos(t1) yAycos(t2)
满足椭圆方程，合成椭圆偏振光
x2 Ax2
A y2y2 2AxxyAy cossin2
波片
从单晶体切下来的薄片，其表面
与晶体的光轴平行。
(none)d
光轴
2(no ne)d
1/4波片
(no
ne)d
4
/2
半波片
光轴
(no ne)d 2
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19-5 椭圆偏振光和圆偏振光的获得和检验
利用振动方向互相垂直，频率相同的两个简谐运 动能够合成为椭圆或圆运动的原理。
1/4波片
Eo
P1
E o 2 E o s in E 1 s ins in
Eo2
电矢量的分解与合成
Ee2 和 Eo2两束光频率相同，振动方向 相同，相位差恒定，是相干偏振光。
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光屏上的合成振动振幅
E2
Ee2 P2 光轴20
E 2 E e2 E o 2
O
E e 22E o 222Ee2E o2cos
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第一步 令入射光通过偏振片A ，改变 A 的透振方向，观察透射光强变化
A
I 18
观察现象 有消失 强度无变化
强度有变化，但无消光
结论 线偏振光 自然光或圆偏振光 部分偏振光或椭圆偏振光
第二步
a.令入射光依次通过
1/4 波片和偏振片B， 改变B的透振方向，
观察透光强度变化。
B
4
I
b. 1/4波片的光轴方向必须
i0
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2
反射线与折射线垂直
n1
i0 i0
n2
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空气
玻片堆
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许多玻璃片叠起来： 增强反射光的强度， 增强透射光的偏振化程度。
折射光近似完全线偏振光，是 平行于入射面振动。
玻片堆
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讨论 下列情况光线的反射和折射
i0
i0
i0
i
i
i
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19-4 晶体双折射 偏振棱镜
与通过偏振片A的极大或极 小的透振方向重合。
A
4
B
观察现象 结论2021/6/16
有消失 无消失 有消失
无消失
圆偏振光 自然光 椭圆偏振光 部分偏振光
19-6 偏振光的干涉
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1. 偏振光的干涉现象
2. 偏振光的干涉原理
O
Ee2
P2
光轴
Ee e
E1 E e 2 E ec o s E 1c o sc o s
2 1
(2k 1) π
2
Ax Ay 合成正椭圆偏振光
Ax Ay 合成圆偏振光
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k 合成线偏振光
19-2 起偏和检偏 马吕斯定律
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1.二向色性和偏振片
二向色性：某些物质能吸收某 一方向的光振动，而只让与这 个方向垂直的光振动通过，这 种性质称二向色性。
起偏器 检偏器
二向色性