现代光学工程-5 光的偏振共57页文档
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光学 第5章 光的偏振
4
光是一种电磁波，因此光波是横波，它具有偏振性。其电矢量E 和磁矢量
H 相互垂直，且均与波的传播方向υ垂直，三者之间满足右手螺旋关系。
EH
光对物质的作用主要是电矢量E 的作用，比如对人的眼睛或感光仪器起作
用的就是电矢量E ，因此研究光振动的性质时，只考虑电矢量E 的振动。 E 称 为光矢量， E 的振动称为光振动。以电矢量E的方向代表光振动方向，并将电 矢量E 和光传播方向υ所构成的平面称为振动面。
E
自然光是由轴对称分布的、无固定位相关系的大量线偏振光集合而成的。 自然光具有偏振性，但对外不显示偏振性。
8
自然光线与偏振光的关系：自然光是由轴对称分布，但无固定位相关系的大量线 偏振光集合而成的。在自然光中，任意取向的一个电矢量E 都可以分解为两个互 相垂直方向的分量，可表示为如右图所示的状态。
Ip In
1 1
根据题意可得：
Imax
Ip
In 2
，I m in
In 2
，则偏振度：
I1
I2
M
N
解析：1 设入射线偏振光与M的透振方向成角，M与N间成角，则出射
光强为：
I
I1 2
I2
cos2
cos2
讨论：若使N以光线为轴转动一周，将连续改变360 。
当
0，180，360 时，I m ax
I1 2
I2
cos2
；当
90，270 时，光强为零。
22
2
从系统透射出来的光强 为：
20
自然光
检偏
线偏振光
每旋转一周，出射光强有“两强两弱”的变化。
21
例1．将两片理想的偏振片M 和 N共轴放置，然后让强度为I1 的自然光和强度为 I2 的线偏振光同时垂直入射到M 上。试问:
第五章光的偏振
第五章 光的偏振§1 光的横波性及偏振态一、偏振现象日常生活中可发现光的许多偏振现象。
如：电视接收天线方向与电磁振动方向一致时，信号最清晰，而不是与传播方向一致时；又如：超快开关，利用光波偏振的电光效应，可制成s 910-的高速开关；量糖汁，利用偏振光在糖溶液中振动面的旋转，测量糖溶液的浓度。
干涉和衍射揭示光的波动性，但波有给、横波之分，干涉、衍射并不能体现这种区别。
二、偏振定义横波纵波：区别：横波有偏振，纵波无偏振波的偏振：振动方向相对于传播方向不对称例：机械波横波（1）能通过 （2）不能通过纵波：装置无论怎样摆置，均能通过可看出：纵波的振动方向对传播方向有对称性；横波的振动方向对传播方向没有对称性；例：光学实验，两块偏振片P 1、P 2；21p p 透光 21p p ⊥ 消光光发生类似的偏振现象，光是横波电矢量与光的传播方向垂直但在与传播方向垂直的二维空间里电矢量可以有各种不同的振动状态（称为偏振态） 如：（用一块偏振片）从普通光源出来的光，通过P 1，有光，（转动P 1）。
而从P 1出来的光射入P 2，（转动P 2，有时有光，某位置又无关），说明普通光源的光与从P 1出来的光的偏振态是不同。
有五种偏振状态：自然光（非偏振奋光），平面偏振光（线编光）部分偏振光、圆偏光，椭圆偏光。
三、偏振态1、平面偏振光（线偏光）只包含一种振动方向的光，即振动方向只限于某一确定方向，平偏光的数学表达式（一般）yky t A E ：y x ky t A E ：x y y x x )cos( )cos( -=-=ωω方向方向 而对于任意方向振动的平偏光，可将此振动分解，用两个位相相同，振方互相垂直的光波迭加来描述，其与x 轴夹角为θ。
θθωsin ,cos )cos()(A A A A ky t y A x A y E x E E y x y x y x ==-+=+=)cos()(ky t y A x A E y x --=ω2、自然光实验：普通光源，转动偏振片，都有光，且光强一样。
物理光学第五章-光偏振
11
在 i1=0o 和 i1=90o 的两种情况：
Ap1 As1 cos(i1 i2 )
Ap1 As1 cos(i1 i2 )
Ap1 As1 Ap1 As1
Ap1 As1 Ap1 As1
合成后的反射光仍然是自然光。
其它角度入射： cos(i1 i2) cos(i1 i2)
Ap1 As1 Ap1 As1
Ax aix, Ay aiy
没有优势方向
自然光的分解
一束自然光可分解为两束振 动方向相互垂直的、等幅的、 不相干的线偏振光。
Ax Ay
I 0 Ax2 Ay2 I x I y
Ix
Iy
I0 2
自然光的表示法：
4
部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、 不等幅的、不相干的线偏振光。
22
§5.4 光在晶体中的传播, 双折射
一、双折射现象
1 双折射 玻璃
自然光
自然光
晶体（方解石）
e o
Caco3
o光：ordinary light
e•
e光：extraordinary light
•o
23
2.寻常光和非寻常光
自然光
n1
i
n2
(各向异
re
性媒质) ro
e光 o光
o光 : 遵从折射定律
2
——消光
9
例1. 已知 MM'NN ' LL' 以角速度 转动
自然光入射强度为 I自
求：出射光 I ? 频率=？Imax ?
t
解： I 1
I自 2
M
L N'
I2 I1 cos2 t I自 cos2 t
在 i1=0o 和 i1=90o 的两种情况：
Ap1 As1 cos(i1 i2 )
Ap1 As1 cos(i1 i2 )
Ap1 As1 Ap1 As1
Ap1 As1 Ap1 As1
合成后的反射光仍然是自然光。
其它角度入射： cos(i1 i2) cos(i1 i2)
Ap1 As1 Ap1 As1
Ax aix, Ay aiy
没有优势方向
自然光的分解
一束自然光可分解为两束振 动方向相互垂直的、等幅的、 不相干的线偏振光。
Ax Ay
I 0 Ax2 Ay2 I x I y
Ix
Iy
I0 2
自然光的表示法：
4
部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、 不等幅的、不相干的线偏振光。
22
§5.4 光在晶体中的传播, 双折射
一、双折射现象
1 双折射 玻璃
自然光
自然光
晶体（方解石）
e o
Caco3
o光：ordinary light
e•
e光：extraordinary light
•o
23
2.寻常光和非寻常光
自然光
n1
i
n2
(各向异
re
性媒质) ro
e光 o光
o光 : 遵从折射定律
2
——消光
9
例1. 已知 MM'NN ' LL' 以角速度 转动
自然光入射强度为 I自
求：出射光 I ? 频率=？Imax ?
t
解： I 1
I自 2
M
L N'
I2 I1 cos2 t I自 cos2 t
第五章光的偏振
I
7%
I0
2. 检偏 ...
玻璃片堆
(接近线偏振光)
§5.4 光在晶体中的传播, 双折
射
e
··· o ···
方解石
一. 双折射的概念
自然光 n1
i
1. 双折射
n2
(各向异
re
2.寻常光和非寻常光 性媒质) ro
e光 o光
o光 : 遵从折射定律 n1 sin i n2 sin ro e光 : 一般不遵从折射定律 sin i const
sin re
e光折射线也不一定在入射面内。
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生 双折射，该方向称为晶体的光轴。
例如，方解石晶体(冰洲石)
102° A
• 光轴是一特殊的方向,凡平 光轴 行于此方向的直线均为光轴。
B
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
双轴晶体：有两个光轴的晶体
4. 主平面和主截面 主平面：晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。
n·1 ···i0
线偏振光
i0····S
n2
r0
·
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
起偏振角
i = i0 时，反射光只有S分量 i 0 — 布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O
由 n1 sin i0 n2 sin r0 n2 cos i0
有
tg i0
n2 n1
n21
—布儒斯特定律 (1812年)
1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射
·· ··
光轴
晶体
e ··o e ··o
o, e在方向上虽没分开，
但速度上是分开的。
光学 第五章光的偏振
第五章 光的偏振 (Polarization)
一、基本概念
1 2 3 4 5 6 7 8 自然光 线偏振光 部分偏振光 偏振片 偏振化方向 起偏 检偏 马吕斯定律
自然光可以分解为两束相互独立的 、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏 振光，这两线偏振光的光强等于自然光 光强的一半。
自然光的表示法：
5(18-11) 光栅衍射和单缝衍射有何区别？ 为何光栅衍射的明纹特别明亮而暗区很 宽？
6(18-12) 衍射光栅公式 ,当 k=0,1,2,3,┅等整数倍时，两相邻的狭缝沿 角所射出的光线能够互相加强，试问： ⑴当满足上述的条件时，任意两个狭缝 沿 角射出的光线能否互相加强？ ⑵在上式中，当k=2时，第一条缝与第二 条缝 角射出的光线，在屏上会聚（在第 二级明纹处），两者的光程差是多少？对 于第一条缝与第n条缝的光程差又如何？
10(19-3) 太阳光射在水面上，如何测定从 水面上反射的光线的偏振程度？它的偏振 程度与什么有关？在什么时候，偏振程度 最大？ 11(19-4) ⑴求出光在装满水的容器底部反射时的 布儒斯特角，已知容器是用折射 率 n=1.50 的冕牌玻璃制成的。 ⑵怎样测定不透明媒质的折射率？ ⑶今测得釉质的起偏振角 ，试求 它的折射率为多少？
四、偏振光的干涉 五、旋光现象 线偏振光在通过某些物质后，它的振动 面发生了旋转，这种现象称为旋光现象。 某些物质具有能使线偏振光的振动面发 生旋转的性质，称为旋光性(Optical Activity)。 这些具有旋光性的物质，称为旋光物质。 1 晶体和溶液的旋光性 2 磁致旋光
例 已知波源O点的振动方程 y = 0.1cos4πt
布儒斯特研究指出： 反射光偏振化的程度决定于入射 角 。
当
时，反射光成为完全偏振光 称为布儒斯特角 (Brewster
一、基本概念
1 2 3 4 5 6 7 8 自然光 线偏振光 部分偏振光 偏振片 偏振化方向 起偏 检偏 马吕斯定律
自然光可以分解为两束相互独立的 、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏 振光，这两线偏振光的光强等于自然光 光强的一半。
自然光的表示法：
5(18-11) 光栅衍射和单缝衍射有何区别？ 为何光栅衍射的明纹特别明亮而暗区很 宽？
6(18-12) 衍射光栅公式 ,当 k=0,1,2,3,┅等整数倍时，两相邻的狭缝沿 角所射出的光线能够互相加强，试问： ⑴当满足上述的条件时，任意两个狭缝 沿 角射出的光线能否互相加强？ ⑵在上式中，当k=2时，第一条缝与第二 条缝 角射出的光线，在屏上会聚（在第 二级明纹处），两者的光程差是多少？对 于第一条缝与第n条缝的光程差又如何？
10(19-3) 太阳光射在水面上，如何测定从 水面上反射的光线的偏振程度？它的偏振 程度与什么有关？在什么时候，偏振程度 最大？ 11(19-4) ⑴求出光在装满水的容器底部反射时的 布儒斯特角，已知容器是用折射 率 n=1.50 的冕牌玻璃制成的。 ⑵怎样测定不透明媒质的折射率？ ⑶今测得釉质的起偏振角 ，试求 它的折射率为多少？
四、偏振光的干涉 五、旋光现象 线偏振光在通过某些物质后，它的振动 面发生了旋转，这种现象称为旋光现象。 某些物质具有能使线偏振光的振动面发 生旋转的性质，称为旋光性(Optical Activity)。 这些具有旋光性的物质，称为旋光物质。 1 晶体和溶液的旋光性 2 磁致旋光
例 已知波源O点的振动方程 y = 0.1cos4πt
布儒斯特研究指出： 反射光偏振化的程度决定于入射 角 。
当
时，反射光成为完全偏振光 称为布儒斯特角 (Brewster
大学物理光学 第5章 光的偏振
Chap.5 Polarization of Light 第5章 光的偏振
主 要 内 容
• • • • • • • • • 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 自然光与偏振光 线偏振光与部分偏振光 光通过单轴晶体时的双折射现象 光在晶体中的波面 光在晶体中的传播方向 偏振器件 椭圆偏振光和圆偏振光 偏振态的实验检验 偏振光的干涉
54光在单轴晶体中传播时沿着光轴方向传度都相同不发生双折沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体55光在晶体中的传播方向利用晶体中波面的特点和惠更斯作图法便可确定晶体内o光和e光的传播方向下面以方解石为例
s1 1 2 s1 1 2
• 讨论： A A • ① 在 i 0及i 90 时，有： A A
p1 p1 1 1
主 要 内 容
• • • • • • • • • 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 自然光与偏振光 线偏振光与部分偏振光 光通过单轴晶体时的双折射现象 光在晶体中的波面 光在晶体中的传播方向 偏振器件 椭圆偏振光和圆偏振光 偏振态的实验检验 偏振光的干涉
54光在单轴晶体中传播时沿着光轴方向传度都相同不发生双折沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体55光在晶体中的传播方向利用晶体中波面的特点和惠更斯作图法便可确定晶体内o光和e光的传播方向下面以方解石为例
s1 1 2 s1 1 2
• 讨论： A A • ① 在 i 0及i 90 时，有： A A
p1 p1 1 1
第五章 光的偏振
第五章 光的偏振和晶体的双折射§ 5.1光的偏振态偏振：振动方向相对于传播方向的不对称性。
一．光是横波1、 光是电磁波——横波2、 用二向色性晶体（电气石晶体、硫酸碘奎宁晶体）检验——横波。
最初的器件是用细导线做成的密排线栅（金质线栅，d=5.08×10-4mm ），光通过时，由于与导线同方向的电场被吸收，留下与其垂直的振动。
1928年，Harvaed 大学的Land （19岁）发明了人造偏振片，用聚乙烯醇膜浸碘制得。
到1938年，出现了H 型偏振片，原理相同。
3、名词起偏：使光变为具有偏振特性。
检偏：检验光的偏振特性。
透振方向：通过偏振仪器光的电矢量的振动方向。
二．光的偏振态偏振：振动方向相对于传播方向的不对称性。
对可见光，只考虑其电矢量。
1．自然光振动方向随机，相对于波矢对称。
光的叠加是按强度相加。
可沿任意方向正交分解，在任一方向的强度为总强度之半。
021I I自然光是大量原子同时发出的光波的集合。
其中的每一列是由一个原子发出的，有一个偏振方向和相位，但光波之间是没有任何关系的。
所以，他们的集合，就是在各个方向振动相等、相位差随机的自然光。
在直角坐标系中，一列沿z 向传播、振动方向与X 轴夹角为θ的光，在X 方向的振幅为θθcos A A x =，由于各个光波在X 方向的总强度是光强相加，故有22022220cos )(A d A d A I x x πθθθππθ===⎰⎰同理2A I y π= 而总光强22022A d A I πθπ==⎰，故021I I I y x == 2．平面偏振光（线偏振光）只包含单一振动方向的电矢量。
在任一方向的光强θθ20cos I I =，马吕斯定律。
用偏振片可以获得平面偏振光。
偏振仪器（起偏器）的消光比=最小透射光强/最大透射光强 3．部分偏振光 介于自然光和线偏光之间。
偏振度=（I MAX -I MIN ）/（I MAX +I MIN ） 4．圆偏振光电矢量端点轨迹的投影为圆。
《光学教程》第五章光的偏振
反射光和折射光的偏振
3.2 玻璃片堆
玻璃片堆：用以增大反射光的强度和折射光 的偏振化程度。 当i =i0时，反射光强度I和反射光的强度I 之比为
I 1 2 sin (i0 r ) · I0 2 · · i0 · · · 自然光从空气→玻璃 I 7% I0
玻璃片堆
· · · · · · · · · · · · · · · · ·· · ·· · · ·
• 光轴是一特殊的方向,凡平行于
102° A
此方向的直线均为光轴。
单轴晶体：只有一个光轴的晶体 双轴晶体：有两个光轴的晶体
光 轴
B
方解石晶体 (冰洲石)
光的主平面
主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的 平面。
o光的
主平面
· · · ·
光轴 o光
e光的
主平面
光轴
e光
o 光垂直于主平面
e 光平行于主平面
若反射光光强不变则入射光是 自然光 若反射光光强变且有消光则入 射光是线偏振光
(接近线偏振光)
若反射光光强变且无消光则入 射光是部分偏振光
§5-4
光的双折射
一束入射光经某些晶 体折射后可分成两束光 线的现象称为双折射。
1. 寻常光和非常光
双折射现象
实验表明，双折射现象中的两束折射光线 都是线偏振光，分别称为寻常光和非常光。
· · · · i i· · · n1 ·
n2 r
·· i i · ·S n1 · · · 0 0·
n2
线偏振光
·
r0
·
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
自然光以i0 入射后反 射光为完全偏振光 起偏振角 i0
反射光和折射光的偏振
5光偏振
反射和折射时光的偏振状态
一 反射和折射光的偏振——偏振光的产生的方法之二
光在介质界面反射时 有偏振现象,入射角 任意时如下图
S
i i M R
n2 tani B 或 taniB n21 n1
S 线偏振光
当入射角为一定值时,反 射光完全偏振,此时入射 角为iB,称为布儒斯特角.
布 儒 斯 特 定 律
102º
光轴
A 102º
102º 78º
78º 102º
D i
B
o eD
C
o
e
三 单轴晶体的子波波振面
单轴晶体,双轴晶体 双折射晶体中, e光光速不恒定,与方向有关,波阵面为 椭球形. 光轴 光轴 Ve Vo ; ne no 正晶体, 负晶体,
Ve Vo ; ne no
ne 1.4864 1.638 1.5 1.635 1.5534 1.313
2.渥拉斯顿棱镜
D
两块直角方解石光轴相互垂直，如图：
C
• ••
A
O
O
• •e
•e
B
•
光从光密到光疏 折射光要偏离法线
方解石 ne 1.4864 no 1.6584 Ve主 V0
在棱镜BCD中，传播的 O光和e光波面与入射面 相截成两个同心圆。
O光振动垂直
于光线和光轴 组成的平面。
O
•e
符号表示
线偏振光的获得与检验 一 偏振片——偏振光的产生的方法之一 偏振片
有些薄膜材料能 吸收某一方向的 自 然 光振动，而只让 光 与这个方向垂直 的光振动通过， 这个方向称为偏 振化方向.
偏 振 化 方 向
现代光学基础课件：光学教程第5章-光的偏振
天然晶体中，电气石（六角 形片状）具有最强的二向色 性
自然光 入射
线偏振 光出射
E∥光轴：
吸收很少 通过较多
E⊥光轴： 吸收较多 通过很少
1mm厚的电气石晶体可把垂直于光轴振动的光矢量全部吸收！
二、人造偏振片：
透明聚乙烯醇片，强烈吸收某一方向上的光振动，透射光成 为线偏振光。
透振方向：允许通过光矢量振动的方向。 透振方向
三、马吕斯定律 Law of Mulus 偏振片可作 起偏器：使自然光变成线偏振光
检偏器：鉴别自然光、线偏振光、部分偏振光
1、自然光通过起偏器的情形 若入射光为 I0，有出射光：
I
1 2
I0
2、设：P1 为起偏器， P2 为检偏器，通过P1 的光强为I，振幅
为A，求通过P2 的光强为Iθ
P1 和 P2 透振方向平行时： P1 和 P2 透振方向成θ角时： P1 和 P2 透振方向垂直时：
i
i
部分偏振光可视为一个平面偏振光和一个自然光的混合
部分偏振光的图示法：
··· · ·
//占优
········
⊥占优
偏振度
定义：
P0
P Imax I min I max I min
Imax：强度最大方向光强 Imin：强度最小方向光强
偏振度最小，自然光
0 P 1 部分偏振光
P 1
偏振度最大，线偏振光
▲ 自然光 natural （普通光源发光）
在垂直于光传播方向的平面内, 光振动在各个方向的几率相 同,没有那一个方向占更大优势.我们称这种光为自然光.
y
x
Ax Aix Ay Aiy
i
i
把自然光中所有方向的振动都投影到相互垂直的两个方向上，这
自然光 入射
线偏振 光出射
E∥光轴：
吸收很少 通过较多
E⊥光轴： 吸收较多 通过很少
1mm厚的电气石晶体可把垂直于光轴振动的光矢量全部吸收！
二、人造偏振片：
透明聚乙烯醇片，强烈吸收某一方向上的光振动，透射光成 为线偏振光。
透振方向：允许通过光矢量振动的方向。 透振方向
三、马吕斯定律 Law of Mulus 偏振片可作 起偏器：使自然光变成线偏振光
检偏器：鉴别自然光、线偏振光、部分偏振光
1、自然光通过起偏器的情形 若入射光为 I0，有出射光：
I
1 2
I0
2、设：P1 为起偏器， P2 为检偏器，通过P1 的光强为I，振幅
为A，求通过P2 的光强为Iθ
P1 和 P2 透振方向平行时： P1 和 P2 透振方向成θ角时： P1 和 P2 透振方向垂直时：
i
i
部分偏振光可视为一个平面偏振光和一个自然光的混合
部分偏振光的图示法：
··· · ·
//占优
········
⊥占优
偏振度
定义：
P0
P Imax I min I max I min
Imax：强度最大方向光强 Imin：强度最小方向光强
偏振度最小，自然光
0 P 1 部分偏振光
P 1
偏振度最大，线偏振光
▲ 自然光 natural （普通光源发光）
在垂直于光传播方向的平面内, 光振动在各个方向的几率相 同,没有那一个方向占更大优势.我们称这种光为自然光.
y
x
Ax Aix Ay Aiy
i
i
把自然光中所有方向的振动都投影到相互垂直的两个方向上，这
第5章光的偏振1(偏振光)
反映光矢量对传播方向不对称
15
光强I0的自然光通过偏振片后光强变为多少?
P1
S
I0
理想偏振片
I0 I 2
该偏振片可以从自然光中取得偏振光
所以
称为起偏器
16
思考1：
两个正交偏振片中间再加一个偏振片 将出现什么现象？
P
A
17
思考2： 光强为I0 的一束自然光,依次通过三个偏振片P1 、P2 、P3 已知P1 和 P3 的偏振化方向相互垂直 且偏振片无吸收 设P1
第一种从普通光源中获取偏振光的方法 利用偏振片（二向色性）可以获取偏振光
偏振片
自
然
光
偏 振 化 方 向
线
偏
振
光
12
三、偏振状态的(初步)检验 所谓初步： 就上述三种偏振态的检验而言 实际上还有椭圆和园偏振态 1. 装置
偏振片 入射光 出射光
观察出射光 强的变化
该偏振片称检偏器
13
入射光
出射光
观察出射光强 的变化 光强变化
第5章 光的偏振
§1 光的横波性与偏振现象
§2 光在反射折射时的偏振
§3 光在晶体中的双折射
§4 偏振光的干涉
§5 人工双折射
§6 旋光现象
1
§1 光的横波性与偏振现象
一、横波与偏振现象
二、光源的偏振状态
三、偏振状态的检验
四、马吕斯定律
2
一、横波与偏振现象 横波
u x
纵波
u x
对传播方 向对称
E
图示
各个方向振动全有
9
3.部分偏振光 本质上同自然光 但显示出某个方向的振动较强些
用偏振片检验
光学 第五章 光的偏振1
光 轴 偏振片中可以透过电矢量的方向称做偏振片的光轴。
光学
第五章 光的偏振
第一节 自然光和偏振光 2、偏振片
（3）偏振片的实现 能够形成这样功能的材料有天然的和人工制造的。
二向色性材料——对于振动方向不同电矢量有选 择的吸收，例如电气石
天然材料主要有： 双折射晶体——振动方向不同电矢量在晶体中传 播方向不同，例如石英，方解石等
光强反射率
Rp
I rp Iip
rp
2
电 场 光强透射率 能
Tp
Itp Iip
n1 n2
tp
2
量 比 能流反射率 关
R p
Wrp Wip
Rp
系
能流透射率
T p
Wtp Wip
cos cos
i2 i1
Tp
Rs
I rs Iis
rs
2
Ts
Its Iis
n1 n2
ts
2
R s
Wrs Wis
Rs
T s
Wts Wis
s 分量振幅反射率 s 分量振幅透射率 斯托克斯公式
r E1s sin(i2 i1) s E1s sin(i2 i1)
t E2s 2sin i2 cos i1
E s 1s
sin(i2 i1)
r r r2 tt 1
光学
第五章 光的偏振
第二节 光的反射和折射偏振态
Hale Waihona Puke 1、菲涅耳反射、折射公式Ex Ax cost
Ey Ay cos(t )
光学
第五章 光的偏振
第一节 自然光和偏振光
1、偏振光概述
线偏振光、圆偏振光是椭圆偏振光的特殊情况。
X
光学
第五章 光的偏振
第一节 自然光和偏振光 2、偏振片
（3）偏振片的实现 能够形成这样功能的材料有天然的和人工制造的。
二向色性材料——对于振动方向不同电矢量有选 择的吸收，例如电气石
天然材料主要有： 双折射晶体——振动方向不同电矢量在晶体中传 播方向不同，例如石英，方解石等
光强反射率
Rp
I rp Iip
rp
2
电 场 光强透射率 能
Tp
Itp Iip
n1 n2
tp
2
量 比 能流反射率 关
R p
Wrp Wip
Rp
系
能流透射率
T p
Wtp Wip
cos cos
i2 i1
Tp
Rs
I rs Iis
rs
2
Ts
Its Iis
n1 n2
ts
2
R s
Wrs Wis
Rs
T s
Wts Wis
s 分量振幅反射率 s 分量振幅透射率 斯托克斯公式
r E1s sin(i2 i1) s E1s sin(i2 i1)
t E2s 2sin i2 cos i1
E s 1s
sin(i2 i1)
r r r2 tt 1
光学
第五章 光的偏振
第二节 光的反射和折射偏振态
Hale Waihona Puke 1、菲涅耳反射、折射公式Ex Ax cost
Ey Ay cos(t )
光学
第五章 光的偏振
第一节 自然光和偏振光
1、偏振光概述
线偏振光、圆偏振光是椭圆偏振光的特殊情况。
X
第五章光的偏振
例2 用两偏振片装成起偏器和检偏器，在它们的 偏振化方向成 1 30o 时，观测一束单色自然 光，又在 2 60o 时，观测另一束单色自然光 设两次所得的透射光强度相等，求两入射光 束强度之比。
起偏器
检偏器
15
起偏器
检偏器
I
' 2
1 2
I
0
cos2
600
I2
1 2
I0
cos2
制成一系列偏振仪器。
9
2. 马吕斯定律（Malus law）
I0
P I
E0 P
I0
E
2 0
,
IE
2
E
2 0
cos
2
E = E0cos
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I
Imax
I0 ，
，I
2
0
— 消光
10
3. 线偏振光的检偏
检偏：用偏振器件检验光的偏振态
分量 分量
n2 r ·
自然光反射和折射后成为部分偏振光
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 变 反射、折射光的偏振度也变。
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i = i0 时，反射
光只有S分量：
n·1···i0
n2 r0
线偏振光
i0····S i0 +r0 = 90
·
i0 — 布儒斯特角（Brewster angle）或 起偏角 由 n1 sini0 n2 sinr0 n2 cos i0
的夹角＝___________．(假设题中所涉及 的角均为锐角，且设 <a)．
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