用Ex、Ey描述先偏振光、椭圆偏振光(包括左旋右旋)
由自然光获得左旋和右旋偏振光的研究
关键词：左旋偏振光；右旋偏振光；线偏振光； 波片 4 引言 在波动光学理论中，偏振光是一个重要的概念，而椭圆偏振光是偏振光的基 本形式， 椭圆偏振光的光矢量的大小和方向均随时间变化， 其端点的轨迹为椭圆。 对于椭圆偏振光而言， 左右旋椭圆偏振光的获得及它们之间的相互转换是一个较 为重要的部分。 本文的核心部分就是由自然光获得左右旋偏振光及其相互转换， 在大部分大 学教材及实验室中， 通常会采用由线偏振光垂直射向波片或菲涅尔组合棱镜来获 得，这两种方法无论是理论上还是实际操作中都较为简单易行。本文作为对左右 旋偏振光获得方法的总结，不仅要有常见的方法，也介绍了两种不常见的方法， 即由线偏振光在各向同性电介质界面上反射获得和由线偏振光在金属表面上反 射获得的方法，并对各种不同的方法进行了公式推导和原理分析。对于左右旋偏 振光之间的转换，从理论和实际上解决这一问题是有着十分重要的意义的。常规 的方法是通过添加某些器件来实现， 本文则利用斯托克斯矢量法分析了在不添加 任何器件的情况下， 直接利用获得左、 右旋偏振光的器件—— 4 波片，将左(右) 旋偏振光调为右(左)旋偏振光的方法。本文所阐述的方法与常规方法相比，更为 简便易行。 1 左旋和右旋偏振光的描述及如何判断 1.1 左旋和右旋偏振光 1.1.1 椭圆偏振光和圆偏振光 左右旋偏振光有左旋右旋椭圆偏振光和左旋右旋圆偏振光之分， 而圆偏振光 又是椭圆偏振光的特例，故以下主要以阐述椭圆偏振光为主。 椭圆偏振光指的是在光的传播方向上， 任意一个场点的电矢量既改变它的大
（1.3）
由于 E x 和 E y 的值总是在 Ax 和 Ay 之间变化，电矢量端点的轨迹与以 Ex Ax 和 E y Ay 为边界的矩形框相内切，如图（1.1)示：
y
Ay
圆偏振光、椭圆偏振光如何检验？
圆偏振光、椭圆偏振光如何检验？首先讨论它们产生的原理。
圆偏振光、椭圆偏振光产生的原理如图10— 2所示图10 — 2当一束自然光经起偏器后，得到线偏振光再入射到波片时，被分成E。
和Ee两个振动分量，由于它们在晶体内的传播速度不同，通过波片后产生一定的位相差，出射后两束光速度相同，合成后一般得到椭圆偏振光，o光相对e光的位相差为=2π/λ ×（no- ne）dd —波片厚度在满足以下两个条件时，出射光是圆片振光：1.起偏器的透光轴与波片的快（慢）轴夹角α= 45°2.两束光在波片中产生位相差=（2m +1）× π/ 2 (m = 0; ±1; ±2; )或Δ= ( no – ne ) d =（m + 1/ 4）λ可见，该波片是λ/4波片，因此线偏振光只有通过λ/4波片才可能产生圆偏振光。
如何检验圆偏振和椭圆偏振光呢？一般采用以下两种方法：1、让圆或椭圆偏振光透过检偏器，通过旋转检偏器观察能量变化，来确定光的偏振态。
2、将圆偏振或椭圆偏振光变换成线偏振光，再通过马吕斯定律进行检验为什么圆偏振光经1/8 波片后成为椭圆偏振光？圆偏振光相位差不是PI/2吗。
+PI/4后怎么就变成了线偏振光。
这个很好解释么，圆偏振光原来的相位差是pi/2，线偏振光的相位差是pi或者是0，除了这个之外，所有的相位差，造成的偏振态形状都是椭圆的。
圆偏振本来pi/2，你经过λ/8波片，相位差加pi/4，那你用你的原来的pi/2+pi/4=3pi/4，相位差既不是0，也不是pi，自然就不是线偏振光，所以自然是个椭圆偏振的，怎么可能变成线偏振的？还有你这个问题太诡异了，题目里面问，为什么变成椭圆光，内容里面却问怎么就变成线偏振光，你到底是要问什么？只有经过λ/4波片的圆偏振，才能变成线偏振，还有通常都没有人用什么λ/8波片，都是λ/4的或者λ/2的波片，不知道楼主从哪里看来的λ/8波片？λ/4波片合成椭圆偏振光的原理是什么原理就是给本来没有相位差或者相位差是pi的线偏振光，附加上了pi/2的相位。
偏振光简述
偏振光简述一、引言偏振光（polarized light），光学名词。
光是一种电磁波，电磁波是横波。
而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。
二、定义振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。
光波是电磁波，因此，光波的传播方向就是电磁波的传播方向。
光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。
具有偏振性的光则称为偏振光。
三、检测光的偏振现象可以借助于实验装置进行检测，P1、P2是两块同样的偏振片。
通过一片偏振片p1直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振片的光偏振光原理虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。
如果我们把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着P2转动而出现周期性的变化，而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大。
由此可知，通过P1的透射光与原来的入射光性质是有所不同的，这说明经P1的透射光的振动对传播方向不具有对称性。
自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。
这是由于偏振片中存在着某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时过滤掉垂直于该方向振动的光。
通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一个偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。
必须依靠第二片偏振片P2去检查。
旋转P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2的后面有较亮的光。
当P2的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时，偏振光不能通过，在P2后面也变暗。
第二个偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器”。
四、分类偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。
偏振光现象的观察和分析
偏振光现象的观察和分析偏振光现象的观察和分析引⾔：光的偏振现象有法国⼯程师马吕斯⾸先发现。
对光偏振现象的研究清楚地显⽰了光的横波性，加深了⼈们对光传播规律的认识。
近年来光的偏振特性在光调制器、光开关、光学计量、应⼒分析、光信息处理、光通信、激光、光电⼦器件中都有⼴泛应⽤。
本实验利⽤偏振⽚和1/4波⽚观察光的偏振现象，并分析和研究各种偏振光。
从⽽了解1/4波⽚和1/2波⽚的作⽤及应⽤，加深对光偏振性质的认识。
实验原理1、偏振光的种类。
光可按光适量的不同振动状态分为五类：（1）线偏振光（2）⾃然光（3）部分偏振光（4）园偏振光（5）椭圆偏振光使⾃然光变成偏振光的装置称为起偏器，⽤来检验偏振光的装置称为检偏器。
2、线偏振光的产⽣。
（1）反射和折射产⽣偏振⾃然光以 i B =arc tan n 的⼊射⾓从空⽓⼊射⾄折射率为n 的介质表⾯上时，反射光为线偏振光。
以 i B ⼊射到⼀叠平⾏玻璃堆上的⾃然光，透射出来后也为线偏振光。
（2）偏振⽚。
利⽤某些晶体的⼆向⾊性可使通过他的⾃然光变成线偏振光。
（3）双折射产⽣偏振。
⾃然光⼊射到双折射晶体后，出射的o 光和e 光都为线偏振光。
3、波晶⽚4、线偏振光通过各种波⽚后偏振态的改变。
在光波的波⾯中取⼀直⾓坐标系，将电⽮量E 分解为两个分量E X 和E y ，他们频率相同都为ω，设E y 相对E X 的相位差为?φ，即有E X =A x cos ωt （2）E y =A y cos(ωt +?φ) （3）由（2）、（3）两式得，对于⼀般情况，两垂直振动的合成为： e 轴O 轴θ光轴图 1E x2 A x2+ E y2A y22 E x2 E y2A x2A y2cos?φ=sin2?φ（4）注意对于线偏振光通过波⽚的情况?φ取决于o光和e光⼊射时的相位差和由波晶⽚引起的相位差δ之和；⽽ E X为线偏振光振幅E在o轴的分量， E y为e轴的分量。
从上⾯垂直振动合成的⼀般情况出发可以得出以下结论：（1）线偏振光的振动⽅向与波⽚的光轴夹⾓为θ或π/2，或者通过1/2波⽚仍为线偏振光。
(Polarizationoflight)线偏振光的表示法
· · ·
o e
· · ·
光轴
o e
o
· · · · · ·
方解石
e
此时e光的波面不再与其波射线垂直了
§5 晶体光学器件
一. 晶体起偏器件 1. 晶体的二向色性、晶体偏振器 某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异， 这叫晶体的二向色性
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。
Ex E y I Ix Iy
自然光的表示法：
· ··
三. 部分偏振光
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。 部分偏振光的表示法：
· ·
自然光反射和折射 后产生部分偏振光 起偏振角
§3 反射和折射光的偏振
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
n2 有 tg i0 n21 —布儒斯特定律 (1812年) n1
x z z
分子型
入射 电磁波
线栅起偏器
• 偏振片的起偏
非偏振光I0
P
线偏振光 I 偏振化方向 (透振方向)
···
P
1 I I0 2
E0 P
E=E0cos
二. 马吕斯定律
I0
I
I 0 E 02 , I E 2 E 02 cos 2 I I 0 cos 2 马吕斯定律（1809） 0，I I max I 0
0
互 余
偏振光的介绍及其应用
本堂课小结
一、光的偏振态 自然光、线偏振光、 自然光、线偏振光、部分偏振光 二、线偏振光的获得 偏振片法、反射和折射法、 偏振片法、反射和折射法、双折射法 三、基本物理定律（光强变化） 基本物理定律（光强变化） tgi b = n 2 / n 1 1. 布儒斯特定律 布儒斯特定律: 2. 马吕斯定律 马吕斯定律:
下面我们介绍几种日常生活中应用偏振光的实例： 下面我们介绍几种日常生活中应用偏振光的实例： 1、汽车车灯 、
汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩 目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室 的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向 都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的 车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即 不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。
在垂直于光传播方向的平面内， 在垂直于光传播方向的平面内，光矢量的振动状态有各种不 同的方式，称为光的偏振态。 同的方式，称为光的偏振态。
1、线偏振光 、 自然光; 自然光 偏振光 2、部分偏振光 、
1、线偏振光 （平面偏振光） 、 平面偏振光）
E
u
• • • •
2、自然光 、 X 自然光的特点: 自然光的特点 （1） 在垂直光线的平面内，光矢量沿各 ） 在垂直光线的平面内，
O光（寻常光）——遵守折射定律 寻常光） 遵守折射定律 e光（非常光）——不遵守折射定律 非常光） 不遵守折射定律
3、用反射和折射法获得偏振光 、
布儒斯特角
•
•
•i 1
••
••
线偏振光
ib
n2
•i 2 = 90 0
i2
大学物理-游璞-于国萍-光学-课后习题-答案
第一章 习题
1.2 解：从图中可以看出： i2=i1+q
激光器
i2+q=i1+a
∴a=2q
又
tana = 5
50
a=5.71o ∴ q=2.86o
i2 q
q
i1 i1
i2
O
a
50cm
A 5cm
B
用途：平面镜微小的角度改变，转化为屏幕上可测量的长度改 变。力学中钢丝杨氏模量的测量、液体表面张力的测量等。
)2
=
( n1 n1
− +
n2 n2
)2
=
0.04
Rp
=
rp 2
=
( n1 cos i1 n1 cos i1
− n2 + n2
cos i2 cos i2
)2
=
( n2 n2
− n1 )2 + n1
=
0.03
3.4 解:（1）不加树脂胶时，两个透镜之间有空气，所以当自然光正入射
时，在第一个透镜与空气的分界面I上，
R2 + f 2 = nz + x2 + y2 + ( f − z)2 (n2 −1)z2 − z(n R2 + f 2 − f )z − (x2 + y2 ) = −R2
1.11 证明 n' − n = n' − n p' p r
1 +1 =2 p' p r
f = f= r 2
1.13 解:
f '=
Ey
=
A cos[ (t
−
z) c
椭圆偏振光与圆偏振光圆偏振光
★例5-3设一水晶棱镜的顶角A为60度，光轴与棱镜主截面垂直，钠光以最小偏向 角的方向在棱镜中折射，用焦距为0.5m的透镜聚焦，no=1.54425,ne=1.5536,试求o 光和e光两谱线的间隔为多少？
第31页/共60页
5.6 椭圆偏振光与圆偏振光
5.6.1 圆偏振光和椭圆偏振光的描述
a.定义
5.1 自然光与偏振光 偏振度
纵波—波的振动方向对传播方向具有对称性。 前 言
横波—波的振动方向对传播方向没有对称性。
偏振
5.1.1光的偏振性
{光
（频率）
单色光 复色光
电矢量
E
光矢量
偏振态—在垂直于光传播方向的平面内光矢量的振动状态。
第2页/共60页
自然光
偏振态的分类 完全偏振光
部分偏振光
平面偏振光 (线偏振光)
e
• •o
偏 振 片
以入射方向为轴旋 转方解石 双折射的两束光振动方 向相互垂直
第14页/共60页
双折射会映射出双像：
双 折折射射现现象 方解石晶体
第15页/共60页
e光的像
纸纸纸面面面
双双 折折 射射
光 光光光光光光
当方解石晶体旋转时
o 光的像
{ o光的像不动 e光的像围绕 o光的像旋转 第16页/共60页
解：
i0 i1 90
tan i1
n空气 n水
1 1.33
tan i2
n玻 n水
1.5 1.33
i1 365620 i2 482616
i2 i1 112956
第12页/共60页
5.3 单轴晶体的双折射
5.3.1寻常光和非寻常光
自然光
圆偏振光和椭圆偏振光
角有如下关系：
s1 s0 cos 2 cos 2
s2
s0
cos 2
sin
2
s3 s0 sin 2
4. 邦加球表示法
邦加球是表示任一偏振态的图示法， 是1892年 由邦加(Poincare)提出的。 邦加球在晶体光学中非常 有用，可决定晶体对于所穿过光的偏振态的影响。
n1
2n1
cos1
cos1 n2 cos2
tp
E0tp E0ip
2 cos1 sin 2 sin( 1 1) cos(1 2 )
2n1 cos1
n2 cos1 n1 cos2
已知界面两侧的折射率n1、n2和入射角θ1， 就可由折射定律确定折射角θ2，
进而可由菲涅耳公式求出反射系数和透射 系数。
• 我们将这种光振动方向相对光传播方向不对 称的性质，称为光波的偏振特性。它是横波区别 于纵波的最明显标志。
1. 光波的偏振态
偏振态分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振。 设光波沿z方向传播，电场矢量为 ：
E E0 cos(t kz 0 )
为表征该光波的偏振特性，可将其表示为沿x、y方
向振动的两个独立分量的线性组合。即： E i Ex jEy
(ki
kr
)
r
0
(ki kt ) r 0
• 入射光、反射光和折射光具有相同的频率； • 入射光、反射光和折射光均在入射面内。
kr B
r
1 界面
2
O
ki kt
i t
A
C
入射、反射、折射光波矢关系
根据图所示的几何关系，可由以上三式得到：
ki sin i kr sin r ki sin i kt sin t
椭圆偏振光原理范文
椭圆偏振光原理范文椭圆偏振光是一种具有椭圆振动特性的光波。
在椭圆偏振光中，电场矢量的振动轨迹是一个椭圆，而不是圆形或直线。
椭圆偏振光的产生可以通过多种方法实现，其中包括线偏振光经过波片转换、圆偏振光经过波片转换以及通过空间耦合等。
1.振动方向和振幅不同：椭圆偏振光的振动方向沿着两个轴（长轴和短轴），而振幅在两个轴上也不同。
这使得椭圆偏振光的电矢量有两个不同的振幅分量。
2.相位差：不同轴上的振幅分量之间存在相位差。
相位差的大小和方向决定了椭圆偏振光的椭圆程度和形状。
3.极化状态：椭圆偏振光既包含线偏振光又包含有圆偏振光。
具体而言，椭圆偏振光可以由任意线偏振光的两个相位分量构成，也可以由任意圆偏振光的两个相位分量构成。
E_jones = E_1 * exp(i*delta_1) * u_1 + E_2 * exp(i*delta_2)* u_2其中，E_1和E_2是两个分量的振幅，delta_1和delta_2是两个分量之间的相位差，u_1和u_2是两个基向量。
通过对Jones矢量的数学运算，可以得到椭圆偏振光的各种物理量，如振幅、相位差、相对强度等。
例如，通过计算Jones矢量的幅度和相位，可以确定椭圆偏振光的椭圆程度和方向。
除了Jones矢量，还可以使用Stokes矢量来描述椭圆偏振光。
Stokes矢量是一个四维实数矢量，包含了光信号的各种极化信息。
通过计算Stokes矢量的元素，可以得到椭圆偏振光的偏振度、线偏振方向、椭圆程度等。
椭圆偏振光的应用非常广泛。
在光学领域，椭圆偏振光可以用于材料的表面形貌分析、陶瓷晶体的结构研究、液晶显示器的调试等。
在生物医学领域，椭圆偏振光可以用于细胞的组织工程、生物分子的结构分析等。
此外，椭圆偏振光还可以用于光纤通信、雷达系统以及光学仪器等领域。
总之，椭圆偏振光是一种具有特殊振动特性的光波。
通过Jones矢量和Stokes矢量的描述，可以对椭圆偏振光的物理特性进行准确的数学分析。
用Ex、Ey描述先偏振光、椭圆偏振光(包括左旋右旋)
第四次作业：用Ex、Ey描述先偏振光、椭圆偏振光（包
括左旋右旋）
1、右旋圆偏振光动态显示
设计程序如下：
实现效果图如下
其中Ex、Ey方向分别画图程序如下：
其中Ex、Ey方向分别画图，效果图如下：
2左旋圆偏振光动态显示
实现效果图如下
其中Ex、Ey方向分别画图程序如下：
其中Ex、Ey方向分别画图，效果图如下：
2、线偏振光动态显示
程序如下：
实现效果图如下
其中Ex、Ey方向分别画图程序如下：
其中Ex、Ey方向分别画图，效果图如下：
3、运用琼斯矩阵实现右旋圆偏振光经过一起偏器后转换为线偏振光
实验程序：
实现效果图如下。
左旋偏振光与右旋偏振光
物理学：圆偏振光与椭圆偏振光：分为左旋偏振光和右旋偏振光迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。
旋光仪：偏振光通过某些晶体或某些物质的溶液以后，偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。
具有旋光性质的物质有石英、糖溶液、酒石酸溶液等。
测定旋光性物质的旋光度的仪器。
通过对样品旋光度的测量，可以分析确定物质的浓度、含量及纯度等。
广泛应用于制药、药检、制糖、食品、香料、味精以及化工、石油等工业生产，科研、教学部门，用于化验分析或过程质量控制。
测出的旋光率，正负表示左旋还是右旋（正为右旋，负为左旋）左旋螺纹和右旋螺纹有机化合物的左旋和右旋左旋与右旋是指有机化合物的对应体对偏振光中分别使光向反时针或顺时针方向旋转。
会令偏正光左旋或右旋的异构体会被称为左旋体和右旋体。
-表示左旋（逆时针），+表示右旋（顺时针）异构物：左旋性和右旋性化合物的关系，除了称作是光学活性化合物以外，有时也称为对掌性，这一类的化合物统称为镜像异构物。
在一般非光学活性的条件下，左旋性化合物和右旋性化合物的组成原子、沸点、折射率等物性和化性都相同，只有对平面偏振光所造成的旋转方向不同。
科学家称这一种会使平面偏振光向左旋转的化合物是左选性化合物，另一种是右旋性化合物。
旋性化合物的分子结构和化合物的炫光性没有直接关系，炫光性由旋光度计直接计测。
光学活性化合物：维他命c为右旋性化合物在自然界中，除了人体对化合物的左旋和右旋有反应特异性外，植物和微生物等也都具有这种特性。
在地球上，只有是生物体，体内所进行的化学反应都可能属于上述的反应特异性形态。
光的左旋右旋椭圆偏振特性
左旋 右旋
E x0 a1 cos(kz1 t ) y0 a2 cos(kz2 t )
定它的极化性质。
令z=0, t=0时，E(t )在+X 轴上，wt= /2时,E(t )在+Y 轴上
所以电场矢量E由+X Y方向旋转，又因为波沿+Z方向传播， 因而该波是右手圆极化,左旋
7.1
• (c) according to • E E cos(wt kz)
x x0
E
y
E
y0
E x 0 E y 0 and ＝-
Thank you!
7
cos(wt kz )
(
2 z2
2 z1
)
• when , right circularly polarized 右旋 左手定则 左手圆极化
2k , left circularly • when ２ polarized 左旋 右手定则 右手圆极化
E x0 E y 0 and ＝２ 2k
2
偏振(极化)及其方向的判断
极化：在空间某一固定位置，沿波传播方向观察，电场矢量的
大小和方向随时间的变化特性。
右手圆极化：电场矢量顺时针旋转（判断：拇指指向传播方向，
四指与电场旋转方向一致：右手定则）。
左手圆极化：电场矢量反时针旋转（旋转方向与四指相反）。 左旋和右旋：对着光传播的方向观察，合成电矢量是顺时针
部分偏振光
x
x
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
规定：迎着光线看（对着光的传播方向）， 光矢量顺时针转的称右旋圆偏振光 （或椭圆偏振光）；
光矢量逆时针转的称左旋圆偏振光 （或椭圆偏振光）。
偏振度
Ip Ip P It I n I p
It —部分偏振光的总强度
In —部分偏振光中包含的自然光的强度
Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度
正交的线偏振光传播，把其中的一束光拦掉，便得 到线偏振光。
三、马吕斯定律和消光比 1、基本概念
普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光
的器件称为起偏器
人的眼睛不能区分自然光与偏振光，用于鉴别光的偏振 状态的器件称为检偏器
2、偏振片
是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能， 从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片 上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行 于该方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的 光通过的光学器件，叫做偏振片。这个特定的方向叫做偏 振片的偏振化方向，用“ ”表示。
5、马吕斯定律
马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )
法国物理学家及军事工程师。出生于 巴黎 1808年发现反射光的偏振，确定了偏 振光强度变化的规律
1810年被选为巴黎科学院院士，曾获
得过伦敦皇家学会奖章 1811年，他发现折射光的偏振
光的偏振与晶体光学基础
立体电影和偏振
在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜，这 副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。这样，从银 幕上看到的景象才有立体感。如果不戴这副眼镜看，银幕 上的图像就模糊不清了。 这要从人眼看物体说起，人的两只眼睛同时观察物体，不 但能扩大视野，而且能判断物体的远近，产生立体感。这
L13-椭圆偏振光定义
（3） 问题简化为：
已知E在1 z=0A分1 e界xp面(i上1 )入射E1波P p方1 程 E为1s：s1
且设E反1' 和 透A1'射ex波p(的i一1' ) 般 表E1'达p p式1' 为E：1's s1' E2 A2 exp(i2 ) E2 p p2 E2s s2
2
（2） 写出入、反和透射波在固定
坐标系中的分量式：
由于：z
E~1
0,
E1
___ r1 op
exp[i(k1
rˆ1
r1
r1'
1t
)]
r2
xi
yj
E~1'
E1 E1'
exp[i(k1x exp[i(k1'
xr1'k1y1'ty)]
1t
)]
E~2
E1' E2
exp[
i(k1' x
有：
Ex2 Ax2
E
2 y
Ay2
2Ex Ey Ax Ay
cos
sin2
这正是椭圆方程式
结论：
（1）椭圆偏振光可以分解为两个互相 垂直的振幅不相等的相位差固定、
但不等于 或 0的线偏振光。
（2）可以由这两束线偏振光来代替这 束椭圆偏振光。
4）椭圆偏振光的总光强：I I M I m
5）左旋与右旋椭圆偏振光
定义：迎着光线传 播的方向观看， 若振动矢量 E 顺时针旋转就称为 右旋椭圆偏振 光， 若振动矢量 E 逆时针旋转就称为
左旋椭圆偏振光。
6）各种相位差对应的椭圆偏振态图
椭圆偏振法简称椭偏法
椭圆偏振法简称椭偏法，是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法。
椭偏法的基本原理由于数学处理上的困难，直到本世纪40年代计算机出现以后才发展起来。
椭偏法的测量经过几十年来的不断改进，已从手动进入到全自动、变入射角、变波长和实时监测，极大地促进了纳米技术的发展。
椭偏法的测量精度很高（比一般的干涉法高一至二个数量级），测量灵敏度也很高(可探测生长中的薄膜小于0.1nm的厚度变化)。
利用椭偏法可以测量薄膜的厚度和折射率，也可以测定材料的吸收系数或金属的复折射率等光学参数。
因此，椭偏法在半导体材料、光学、化学、生物学和医学等领域有着广泛的应用。
通过实验，读者应了解椭偏法的基本原理，学会用椭偏法测量纳米级薄膜的厚度和折射率，以及金属的复折射率。
一、实验原理椭偏法测量的基本思路是，起偏器产生的线偏振光经取向一定的1／4波片后成为特殊的椭圆偏振光，把它投射到待测样品表面时，只要起偏器取适当的透光方向，被待测样品表面反射出来的将是线偏振光。
根据偏振光在反射前后的偏振状态变化（包括振幅和相位的变化），便可以确定样品表面的许多光学特性。
设待测样品是均匀涂镀在衬底上的透明同性膜层。
如图3.5.1所示,n1,n2和n3分别为环境介质、薄膜和衬底的折射率，d是薄膜的厚度，入射光束在膜层上的入射角为，在薄膜及衬底中的折射角分别为和。
按照折射定律有(1)光的电矢量分解为两个分量，即在入射面内的P分量及垂直于入射面的S分量．根据折射定律及菲涅尔反射公式，可求得p分量和s分量在第一界面上的复振幅反射率分别为,而在第二界面处则有,从图3.5.1可以看出，入射光在两个界面上会有多次的反射和折射，总反射光束将是许多反射光束干涉的结果。
利用多光束干涉的理论，得p分量和s分量的总反射系数,其中( 2)是相邻反射光束之间的相位差，而为光在真空中的波长。
光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比(R P/R S）来表征。
在椭偏法中，用椭偏参量和来描述反射系数比，其定义为 (3)分析上述各式可知，在，，n1和n3确定的条件下,和只是薄膜厚度d和折射率n2的函数，只要测量出和，原则上应能解出d和n2。
椭圆偏振光与旋光现象
椭圆偏振光与旋光现象光是一种电磁波，它具有波动性和粒子性。
一束自然光通过一个偏振片后变为偏振光，而偏振光的方向则取决于偏振片的方向。
在偏振光中，椭圆偏振光是一种特殊的偏振光，它与旋光现象有着密切的关系。
首先，我们来解释一下椭圆偏振光的概念。
椭圆偏振光是指在时间的不同阶段，其振动方向沿着一个椭圆轨迹运动的光。
椭圆偏振光可以分为左旋椭圆偏振光和右旋椭圆偏振光两种。
左旋椭圆偏振光的振动方向沿逆时针方向旋转，而右旋椭圆偏振光的振动方向则沿顺时针方向旋转。
那么，椭圆偏振光与旋光现象有什么联系呢？旋光现象指的是光线在通过一些特殊的物质时，光的振动方向会发生旋转。
这种旋转可以是顺时针旋转，也可以是逆时针旋转。
旋光现象常常与手性分子有关，手性分子是指分子的立体结构对称性不具备镜面对称性的分子。
光在通过含有手性分子的物质时，会发生旋转，产生旋光现象。
椭圆偏振光与旋光现象的关系可以通过一个简单的实验来解释。
我们可以将椭圆偏振光通过一个手性分子的溶液，如果光的特性与手性分子相互作用，光的振动方向会发生旋转。
如果溶液中的手性分子对光的旋转是顺时针方向的，那么右旋椭圆偏振光的振动方向会进一步旋转，变为一个更小的椭圆轨迹。
相反，如果溶液中的手性分子对光的旋转是逆时针方向的，那么左旋椭圆偏振光的振动方向会进一步旋转，变为一个更小的椭圆轨迹。
之所以会发生旋光现象，与手性分子的立体结构有着密切的关系。
左旋椭圆偏振光和右旋椭圆偏振光在通过手性分子溶液时，会与手性分子发生分子间的相互作用。
由于手性分子的立体结构不具备镜面对称性，所以左旋椭圆偏振光和右旋椭圆偏振光在通过手性分子溶液时会与分子间的电子云发生相互作用。
这种相互作用会导致光的振动方向发生旋转，造成旋光现象的产生。
椭圆偏振光与旋光现象的研究在光学领域有着重要的意义。
旋光现象不仅仅是一种基础的物理现象，还在化学、生物学等领域中有着广泛的应用。
通过对椭圆偏振光和旋光现象的研究，科学家们可以更好地理解光与物质相互作用的机制，为解决实际问题提供理论基础和实验手段。
5光的偏振态
y
Ey0 Ex0
P x
Exop Exoeix cos
E yop E yoe
i y
sin
二投影振动方向相同，有确 定的相位差，（干涉）
I EE* (Exop Eyop )(Exop Eyop )*
的大小，即E在XY平面内的指向,将随位置Z和时 间t而变化 （旋转性） 一、光矢量E的时间变化（Z为定值，可取Z=0，振动的合成）
2m 2 ,
(m 1,2,.....) [ , ]
特例：
1、=0
tan
E y 0 cos(t kz ) Ex 0 cos(t kz)
偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
• 起偏：从自然光获得偏振光
要得到偏振光往往要通过光与物质的相互作用使自然光的 偏振形态产生某种改变
• 起偏器:
起偏的光学器件
根据输出光的偏振形态：线起偏器、圆起偏器 等
• 起偏的原理：利用某种光学的不对称性
各种起偏器的作用过程都必须包含某种不对称性，它可 以是介质在不同作用条件（例如不同的入射角）下的不 同响应，更多的则是介质本身的各向异性
2
2
E 02 cos 2
I I 0 cos 马吕斯定律（1809）
0， , I I max I 0
3
， , I min 0 2 2
偏振片对不同偏振态的光强响应
各种偏振结构的光通过理想偏振片时的光强变化
1、线偏振光
马吕斯定律
2
I I 0 cos
y
传播方向
E 0 右旋圆 偏振光
y
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四次作业：用Ex、Ey描述先偏振光、椭圆偏振光（包
括左旋右旋）
1、右旋圆偏振光动态显示
设计程序如下：
实现效果图如下
其中Ex、Ey方向分别画图程序如下：
其中Ex、Ey方向分别画图，效果图如下：
2左旋圆偏振光动态显示
实现效果图如下
其中Ex、Ey方向分别画图程序如下：
其中Ex、Ey方向分别画图，效果图如下：
2、线偏振光动态显示
程序如下：
实现效果图如下
其中Ex、Ey方向分别画图程序如下：
其中Ex、Ey方向分别画图，效果图如下：
3、运用琼斯矩阵实现右旋圆偏振光经过一起偏器后转换为线偏振光
实验程序：
实现效果图如下。