05.光的偏振大学物理

y x，y 振幅相同，
相位差 /2或3 /2
相位差不等于 0，
y
x
x
/2，， 3 /2
和 2
反之， 线偏振光则可以看成是两束频率相同、 相位相同、振幅相同、 传播方向亦相同的 左、

·
6
右旋圆偏振光的合成。
二. 自然光（natural
特点：
没有优势方向
light）
非相干
自然光的分解
(1)光强单调增加. (2)光强先增加.后又减小至零.
(3)光强先增加.后减小,再增加. (4)光强先增加.然后减小,再增加,再减小至
(2)
14
[例3] 在两块正交偏振片P1、P3 之间插入另一块偏振片P2， 光强为I0 的自然光垂直入 射于偏振片P1，求转动P2 时，透过P3的光强I与转角 α 的关系。 [解] 透过各偏振片的光振幅 矢量如图示，其中α 为 P1与P2的偏振化方向间 的夹角。 光强为I0的自然光通过 偏振片P1后,光强为
1、自然光 (1)线偏振光
2、完全偏振光 3、部分偏振光
(2)圆偏振光和椭圆偏振光
3
§5.1 光的偏振状态
一. 完全偏振光 1.线偏振光（linearly polarized light）
E
y Ey E
u
·
E x E cos
面对光的传播方向看
线偏振光可沿两个相 互垂直的方向分解 表示法：

Ex x
I反 （太弱） 自然光从空气→玻璃： 7% I入 线偏振光
· · · · · · · · i0 · · · · · · · · · · · · · 用玻璃片 · · · · · ·· · ·
堆能增强 反射偏振 光的强度 演示
玻璃 片堆
接近线偏振光
22
玻璃片堆起偏
（不包括圆和椭圆偏振光） 2. 检偏 让待检验的光以布儒斯特角i0入射到界面上， 保持i = i0不变，以入射线为轴旋转界面：
33
二. 晶体的主折射率，正晶体、负晶体 晶体的各向异性 光矢量 E 平行于光轴时，
z 光轴
Ca
介电常数为 z 光矢量垂直于光轴时， 介电常数为 x , y x= y z,
v 1
CaCO3
O
C


1

光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同， 34 光的传播速度也不同。
o光： ·· · · v t · · o · · ·
• 纵波：振动方向与传播方向一致,不存在偏振问题； • 横波： 垂直,存在偏振问题。 定义：振动方向对 于传播方向的不对 称性称为偏振性。 说明：只有横波才 具有偏振现象,偏 振现象是横波区别 于纵波的最明显的 特征。
2
2、光的偏振性：
光矢量的振动相对于传播方向的不对称性， 称为光的偏振性。
二、偏振态的分类
光轴
vot vet 点波源
如：石英、冰
如：方解石、红宝石 35
三.
单轴晶体中光传播的惠更斯作图法 以负晶体（ve > vo）为例： 1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射 · o, e方向上虽没分开， · · · 晶 光轴 但速度上是分开的， · · 体 · · 这仍叫作双折射。 e oe o 2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射 · · · · c Δt i sini c · · ·
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 I x I y 2I x
自然光的表示法：
· ··
7
三. 部分偏振光
自然光和完全偏振光的混合,就构成了部分偏 振光。 这种部分偏振光， 它可以分解如下：
非相干
分解
表示法：
· ·
平行板面的 光振动较强
n2 r0
线偏振光
i0 +r0 = 90
·
i 0 — 布儒斯特角（Brewster angle）或 起偏角 由
n1 sini0 n2 sinr0 n2 cosi0
n2 n21 — 布儒斯特定律 （1812年） 有 tg i0 n1 （Brewster Law）
思考
这时自然光沿折射线反向入射产生的 19 反射光情况如何?
▲ ▲
地面成45角、且向同一方向倾斜的偏振片，
17
§5.3
反射和折射光的偏振
一. 反射和折射时光的偏振 · P 分量 · · · i i· · S 分量 n1 · · n2 r ·
自然光反射和折射后成为部分偏振光
入射角i变 反射、折射光的偏振度也变。
18
i = i0 时，反射光只有S分量： · i0 i 0 · n1·· ·· · · S
向相互垂直
25
双折射会映射出双像：
折射现象 双 折射现
方解石晶体 CaCO 3
纸面
26
e光的像
纸面
双 折 射
光 光
o光的像
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时， o 光的像不动， e光的像围绕 o 光的像旋转。
27
继续旋转方解石晶体：
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
28
继续旋转方解石晶体：
纸面
双 折 射
2. 马吕斯定律（Malus law）
I0
P
E0
I
P

E = E0cos
I0 E 02 , I E
2
E 02 cos 2
I I 0 cos 2 马吕斯定律（1809）
0，I Imax I 0 ，I 0 —— 消光 2
12
三. 线偏振光的检偏 检偏：用偏振器件检验光的偏振态 人的眼睛不能区分自然光与偏振光,用 检偏器： 于鉴别光的偏振状态的器件称为检偏器 设入射光可能是自然光 或 线偏振光或由线偏振光与自 然光混合而成的部分偏振光
P 待检光
I
旋转
?
思考
● ● ●
若 I 不变 ？是什么光 若 I 变，有消光 ？是什么光 若 I 变，无消光 ？是什么光 13
[ 例 1] 在双缝干涉实验中 , 用单色自然光 , 在屏上形成
干 涉条纹.若在两缝后放一个偏振片,则 (1)干涉条纹的间距不变,但明纹的亮度加强. (2)干涉条纹的间距不变,但明纹的亮度减弱. (2) (3)干涉条纹的间距变窄,但明纹的亮度减弱. (4)无干涉条纹 [例2] 两偏振片堆在一起,一束自然光垂直入射其上时 180 没有光线通过.当其中一偏振片慢慢转动 时 透射光强度发生的变化为:
这正是前面演示的情形。 注意：—— 此时e光的波面不再与其波射线垂直了。
37
第五章
作业
P245 习题： 5.1 , 5.2 , 5.4 , 5.5 。
本章结束 38
E y E sin
4
2.圆偏振光和椭圆偏振光
y E
传播方向 x
y
x
右旋圆 偏振光
0
/2
z
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化 右旋椭圆 偏振光
线、圆和椭圆偏振光均称 5 为完全偏振光。
圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、 传播方向一致、振动方向相互垂直、相位差 为某个确定值的线偏振光的合成。
15
根据马吕斯定律，通过P2的光强为：
通过P3的光强为：
思考 :
当偏振片P2旋转一振片的应用很多，例如：
▲
作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。
▲
作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的 反射光。
制成偏光眼镜，可观看立体电影。 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与 可以避免汽车会车时灯光的晃眼。
n2 =1.50（玻璃）， 若 n1 =1.00 （空气），
1
1.50 则： 空 气→ 玻 璃 i0 tg 5618 1.00 互 余 1 1.00 玻 璃 → 空 气 i0 tg 3342 1.50
▲ 外腔式激光管加装布儒斯特窗减少反射损失。
· ·
sinr o
vo
no
sini c ne sinr e v e
voΔ t ve Δ t
·
r0 · ·
re
光轴 ·晶体
o
e o
·
e
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3. 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入 射 · · · · · · · 晶体 光 · · · 光 轴 · · 方解石 · · · · 轴 o e o e o e
2.寻常（o）光和非寻常（e）光
o光 ： 遵从折射定律 n1 sini n2 sinro
sini e光 ： 一般不遵从折射定律 sinr const. e
e光折射线也不一定在入射面内。
24
演示
e
···
e o
· · ·
方解石

以入射方向为
o
轴旋转方解石
方解石
偏 振 片
双折射的两 束光振动方
i0
M1
i0
······
布儒斯特窗
i0
· ·
i0
M2 激光输出
思考 ① 如何测量不透明介质的折射率？ ② 在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去 20 掉反射光的干扰？
有反射光干扰的橱窗
在照相机镜头前加偏振 片消除了反射光的干扰21
二. 玻璃片堆起偏和检偏
1. 起偏 I反 1 2 sin ( i0 r0 ) 由光的电磁理论， 当i =i0时： I入 2
B 光轴 78°
单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石。 双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云毋。
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4. 主平面（principal plane） 晶体中光的传播方向与 晶体光轴构成的平面 叫该束光的主平面。