(张三慧教材)波动与光学Y第5章光的偏振

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10
3. 偏振棱镜
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*5.5 圆偏振光和椭圆偏振光
1. 波片
从单轴晶体切下来的薄片， 其表面与晶体的光轴平行。
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( n n )d o e
2 n n ) d o e ( o e

1 波片 4
半波片
(n n o e)d 4

/2
2 2 2 2


2
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d 2 2 I I sin 2 sin n n 2 1 0 e
当
时， K K 0 , 1 , 2
2
I2 0 , 出现消光现象，
当 2 K1

4
2 1 , I 2 达到极大。 时， s in
1. 偏振光的获得
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1) 线偏振光：
从自然光获得线偏振光，用起偏器、波片、 玻片堆、偏振片、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即可。 2. 检验偏振光 设入射光有以下五种：
自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光。
第一步
令入射光通过偏振片I ， 改变 I 的透振方向，观 察透射光强变化。 强度无变化 a. 令入射光依次通过
第五章
5.1 光的偏振状态
光波的横波性
光的偏振
1
偏振态
1 线偏振光
平面偏振
振动平面
（完全）线偏振光

2 自然光
无穷多个振幅相等，振动方向任意，彼此间没有固定 的相位关系的光振动的组合，称为自然光。
2 2 I A A x ix x
2
2 2 I A A y y iy

(n n o e)d 2
2. 圆偏振光和椭圆偏振光的产生和检验
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
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4(no ne )
(n o n e)d

4
正椭圆
d
d
/2
偏振光
/4时
圆偏振光
小结： 偏振光的获得和检验
2 I I0 cos
是线偏振光的光振动方向与检偏
器透振方向之间夹角
5.3 反射和折射时光的偏振
布儒斯特定律
入射 反射
ii
5
n2 tg i0 n1
i0 为起偏角
n1
玻璃

n2
满足上式反射光是垂直于入 射面的完全线偏振光， 折射光是部分线偏振光。
入射
折射 反射
i0

2
i0 i0
2 2 2 E E 2 E E cos I2 E2 e 2 o 2 e 2 o 2


1） I2 与 、、 有关。
a）入射波片前的 1，设 1=0 2） 来源 b）波片引起的 2 c）坐标投影引起的 3(0或)
2 n n d 0 ( 或 ) 0 e

2 2 2 E E 2 E E cos I2 E2 e 2 o 2 e 2 o 2
1 I (cos cos sin sin sin 2 sin 2 cos ) 1 2 1 P 3 E 2 E02 3） 当 P 1 2 2 e2 E 1sin
在两正交偏振片上， 插入晶片厚度 d 或 (n0-ne)不均匀， 将在屏上出现类似于等厚干涉条纹图样。 4） 白光照射下干涉图样有彩色变化——叫色偏振 5） 当 P 1 // P 2
3=0，
I I I 2 // 1 2
互补
*5.7 人工双折射
1. 光弹效应
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2. 电光效应
光屏上的合成振动振幅 E2
E E E 2 e 2 o 2
2 2 E E E 2 E E cos 2 e 2 o 2 e 2 o 2
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强度 I2
1 I (cos cos sin sin sin 2 sin 2 cos ) 1 2 讨论：
2 2 2 2
n1
n2
玻璃

--- 反射线与折射线垂直
折射
布儒斯特定律
玻片堆
许多玻璃片叠起来， 折射光近似完全线偏振光，
6
是平行于入射面振动。
玻片堆
5.4 双折射现象
1. 晶体的双折射现象
寻常光（o光）： 满足折射定律。 非常光（e光）： 违背折射定律。 图 光轴 单轴晶体 双轴晶体 o光和e光
e光
o光
偏振片 7
晶体主截面: 界面的法
线和光轴构成的平面
晶体主平面: 晶体中某
光线和光轴构成的平面
图 方解石晶体光轴
2. 用惠更斯原理说明双折射现象
（1） 负晶体和正晶体 正晶体:
n n u u ) e 0( e 0
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如石英、碳、冰. 负晶体:
n n u u ) e 0( e 0
如方解石、红宝石
（2）惠更斯作图法
a）克尔效应：
2 ( n n ) l klE o e 0
b）泡克耳斯效应：
3. 旋光现象
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（1）晶体和溶液的旋光性
对晶体:
d
: 振动面旋转角度 .
:晶体的旋光度 .
对液体:
d : 晶体厚度 .
cd
溶液浓度 .
c:
: 旋光率 .
左旋 右旋
合成椭圆偏振光.
圆偏振光:
当 A A 、 ( 2 k 1 ) 时， x y 2 合成光振动矢量末端轨迹是圆。
（ K时，为线偏振光）
5.2 线偏振光的获得与检验
偏振片： 二向色性
起偏器 透振方向
4
( 偏振化方向 )
检偏器
二向色性 起偏器和检偏器
马吕斯定律：
一束光强为 I0 的线偏振光， 透过检偏器的透射光强为：
无消失 自然光
无消失
椭圆偏振光 部分偏振光
*5.6 偏振光的干涉
1 偏振光的干涉现象 2 偏振光的干涉原理
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E E cos E cos cos e 2 e 1
E e 2 E o 2 两束光频率相同，振动
E E sin E sin sin o 2 o 1
方向相同，位相差恒定（此处 投影附加），是相干偏振光。
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（2） 磁致旋光
Vl B
l : 样品长度
B : 磁场
V : 费尔德常数
1 I x I y I0 2

3 部分偏振光

3
4 椭圆偏振光和圆偏振光
频率相同，振动方向互相垂直，且有固定位相差的 两列线偏振光的合振动
2 2 x y xy 2 2 cos sin 满足椭圆方程： 2 2 A A A A x y x y
椭圆偏振光:
当 A A 、 k 时， x y π 或 A 当 A 、 k 和 ( 2 k 1 ) 时 ， x y 2
四分之一 波片和偏振 片II，改变 II的透振方 向P2，观察透光强度变 化。
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P1
I
观察现象 有消失 结论 第二步
强度有变化，但无消光 部分偏振光或椭圆偏振光 b. 四分之一波片的光轴方向
必须与椭圆主轴重合。
线偏振光 自然光或圆偏振光 NhomakorabeaII
4
I
有消失
II
4
P2
观察现象 结论
有消失 圆偏振光