第十三章光的偏振

P1
P2
Ecos
自然光 (Natural light) 起偏器(Polarizer)
光电接收器 (Photoelectric receiver)
检偏器 (Analyser)
消光比：最小透射光强和最大透 射光强之比。
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13.2各向异性介质中的光波传播特性
一、晶体(Crystal)的双折射现象 1. 双折射现象
说明：1〕o光和e光与晶体密不可分 2〕折射定律的含义
折射定律有两个含义：
A. 折射角的关系，B. 入射光线和折射光线与法线同在一个平面。
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二、晶体特性
方解石晶体结构 （Calcite--CaCO3） 顿隅
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1、光轴(Optical axis)： 在双折射晶体中存在一个特殊的 方向，当光 束在这个方向传播时不发生双折射，此 方向称为晶体的光轴。
在光轴方向上，o 光和 e 光都遵守折射定律。而
且：
no=ne
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2、主平面(Principal plane)和主截面 (Principal section)：
主平面：光线和光轴所组成的平面。 o光主平面：o光和晶体光轴组成的面为o主平面。 e光主平面：e光和晶体光轴组成的面为e主平面。 主截面(Principal section)： 光轴和晶体表面法线 (Normal line)组成。
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1、由反射和折射产生偏振光 布儒斯特定律( Brewster’s Law )
自然光投射到两种不同介质的分界面上时，若入射
角满足关系式 1
2
2
，则反射光中没有振动
平行于入射面的分量。入射角为布儒斯特角，即
P
tg 1( n2 ) n1
反射光为线偏振光。振动 方向垂直于入射面。
透射光为部分线偏振光。
起偏器（ Polarizer ）：用来产生偏振光的偏振器件。 检偏器（ Analyser ）：用来检验偏振光的偏振器件。
如果一入射线偏振光的电矢量 振动方向和检偏器的透光轴成 角，则通过检偏器之后的光 强 I 为：
I I0 cos2
A0cos
y（透光轴方向）
I0
x A0sin
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验证马吕思定律的实验装置：
椭圆偏振光（Elliptically polarized light）： 光矢量大小和方向都在有规律地变 化，且矢量末端轨迹为椭圆。
3
13.1 偏振光的描述
偏振光方程：
E~＝E~x x0 E~y y0 E~x a1 exp[ikz] E~y a2 exp[i(kz )]
4
1）线偏振光 (Linearly
光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互 垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射 光，这种现象称为双折射 (Double Refraction)。
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2. 寻常光（Ordinary light, o光）和非寻常光 （ Extraordinary light ,e光）
两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻 常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，称 为非寻常光（e光）。
人造偏振片(Polaroid)：
H偏振片和K偏振片
z
y(透光轴方向)
x(拉伸方向)
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3、由散射产生偏振光 (Polarization by scattering) 一束非偏振光入射到气体上，那麽在与入射光束 垂直的方向上被散射的光是线偏振光。散射光的 振动方向 在光线传播方向的垂直平面内。
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三. 马吕斯定律(Malus’ law)和 消光比(Extinction ratio)
主要方法：反射和折射、二向色性、散射、双折射
1. Polarization by reflection 2. Polarization by transmission 3. Polarization by dichroism 4. Polarization by scattering 5. Polarization by double refraction
• • • • •1 n1 n2
,
1
•
2
• •
•
•
10
实例（Examples）：
P
用玻璃片堆获得偏振光
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2、由二向色性产生偏振光 (Polarization by Dichroism)
二向色性( Dichroism )：各向异性的晶体对光的吸收 本领随波长改变外，还随光矢量相对晶 体的方位而改变。
向上强度不等，使某一方向上的振动 比其它方向上的振动占优势。
偏振度：
P I P I max I min I总 I max I min
自然光
部分偏振光
Natural light Partial polarized light
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二、 偏振光的产生（Production of polarized light）
第十三章 光的偏振
13.1 偏振光的描述 13.2各向异性介质中的光波传播特性 13.3 偏振器件 13.4偏振光的干涉
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13.1 偏振光的描述
一、偏振光与自然光（Polarized light and Natural light） 1、自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。 特点：振动方向的无规则性。 表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、
位相关系不确定的光矢量表示。
自然光 Natural light
2
13.1 偏振光的描述
2、偏振光（Polarized light）：
光矢量的方向和大小有规则变化的光
线偏振光（Linearly polarized light）：光矢 量方向不变，其大小随位相变化。
圆偏振光（Circularly polarized light）：光矢 量大小不变，其方向绕传播方向均 匀转动，且矢量末端轨迹为圆。
右旋
z
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3) 椭圆偏振光 (Elliptically
polarized light)
a1 a2 E~＝a1 exp(ikz)x0
a2 exp[i(kz )]y0 0 左旋 2 右旋
z
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3、部分偏振光( Partially polarized light) 自然光在传播过程中，由于外界的作用造成振动方
polarized light)
振动平面： 光矢量与传播方向 组成的平面称为线 偏振光的振动平面。
E~＝E~x a1 exp(ikz)x0
Z
5
2) 圆偏振光(Circularly polarized light)
a1 a2
E~＝a1
exp(
ikz
)
x0
a2 exp[i(kz
)]
y0
2