24光的偏振

部分偏振光的表示法
四、偏振片 起偏和检偏 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。
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1
光的偏振性 马吕斯定律
一、光的偏振性 1、横波和纵波的区别——偏振
•纵波：振动方向与传播方向一致，不存在偏振问题； • 横波：振动方向与传播方向垂直，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。
三、反射和折射光的偏振 1. 反射光和折射光的偏振态

1
2. 布儒斯特定律
布儒斯特角
偏振光

n2


n2
部 分 偏 振 光
反射光: 垂直入射面振 动的成分多。 折射光: 平行入射面振 动的成分多。
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ib r 90 n1 sinib n2 sinr
0
n2 tgib n1
二、偏振态的分类 1、自然光
各个方向上光振动振幅相同的光，称为自然光。 特点： •在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等； •自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个线偏振光， 它们振幅相等，没有确定的相位关系，各占总光强的一半。 •自然光的表示方法：圆点与短线等距离地交错、均匀地画出。
y
...
i0 57
n2 tgi0 n1
i0
n1
n n 1
n tgi 0 tg 57 1.54
利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。
n2
双折射
一、光的双折射现象 1、光的双折射现象
天然的方解石晶体 是双折射晶体 B A 一束自然光射向石英、 方解石等各向异性介 质时，其折射光有两 束，这种现象称为双 折射现象。
2、光的偏振性： 对于平面电磁波，电场强度 矢量——光矢量的振动方向 与传播方向垂直。
E H
S EH
光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光 矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性， 这种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。
光的偏振性说明光波是横波
3、起偏器
自然光通过偏振片后成为线偏振 光，线偏振光的振动方向与偏振 片的偏振化方向一致。
• • •
4、检偏器
用来检验某一束光是否 偏振光。
方法：转动偏振片，观 察透射光强度的变化。
自然光：透射光强度不 发生变化
偏振光：透射光强度发生变化
• • • • • •
部分偏振光：偏振光 通过偏振片后，在转 动偏振片的过程中， 透射光强度发生变化。
M’ N’
光轴
3、寻常光（o光）和非常光（e光）
•寻常光：对于晶体一切方向都具有 相同的折射率，且在入射面内传播， 简称它为o光。 •非常光：它的折射率（即波速）随 方向而变化，并且不一定在入射面内 传播，简称为 e 光。
e
o
o光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。
e 光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。
1
n

i 1



ib
n
r
14
3.玻璃片堆 平行玻璃板上表面和下表面 的反射光都是偏振光。
n1
ib
n1 sinib n2 sinib 0 i b i b 90 n1 cosi b n2 sinib
n1 tgi b n2
ib
n1
n2
ib

上表面折射角等于下表面入射角 通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要 获得较强的偏振光，有什么好主意？
u
x
u
• ••• ••
2、线偏振光
•定义：在垂直于传播方向的平面内， 光矢量只沿某一个固定方向振动， 则称为线偏振光，又称为平面偏振 光或完全振光。
3、部分偏振光
•定义：光波中不同方向上 的光振动振幅不等，在某一 方向上振幅最大，而与之垂 直的方向上的振幅最小，则 称为部分偏振光。
•特点：部分偏振光两垂直 方向光振动之间无固定的相 位差。 偏振光的表示法
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例题1：画出下列图中的反射光、折射光以
及它们的偏振状态。
n1 n2
n1 n2
ib
n1 ib n2
n1 n2
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n1 n2
ib
n1 n2
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例2 一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过 一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透 射光强度的最大值是最小值的5倍，求入射光中自然 光与线偏振光的强度之比。
2
M
A0
N

O
M
I0
• • •
o
• ••
I0 2
一束光强为I0的自然光透过检偏器，透射光强为I0 /2
3、讨论
•当检偏器以入射光为轴转动时，透射光强度将有变化。 •起偏器与检偏器偏振化方向平行时：α =0 或α =π ，I=I0， 透射光强度最大； •起偏器与检偏器偏振化方向垂直时：α =π /2 或α =3π /2， I=0，透射光强度最小； •α 为其它角度时，透射光的强度介于0～I0之间。 •马吕斯定律是对偏振光的无吸收而言的，对于自然光并不成立。 若是自然光I0，通过偏振片后，I＝I0/2，偏振片在这里实际上起 着起偏器的作用。 •当两个偏振片互相垂直时，光振动沿第一个偏振片偏振化方向 的线偏振光被第二个偏振片完全吸收，出现所谓的消光现象。
强度为I0的偏振光，通过检偏 器后，透射光的强度为： I0

I
I=I0 cos2α 其中α 为检偏器的偏振化方
向与入射偏振光的偏振化方 向之间的夹角。
A
2、解释 α 为线偏光的光振动方向OM与检偏器透振方向ON间的夹角。
A A0 cos
I A 2 cos 2 I 0 A0
I=I0 cos2α
2、光轴
某些晶体内有一个确定的方向，在这个方向上，o光和e 光的传播速度相同，这个方向称为晶体的光轴。 A
B
光轴
说明： •沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两 束光，仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。 •具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。 M 例如：方解石、石英等。 •具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。 N 例如：云母、硫黄等。
17－13 反射光和折射光的偏振
一、反射光和折射光的偏振
•自然光在两种各向同性介质的分界 面上反射和折射时，不但光的传播 方向要改变，而且光的偏振状态也 要改变，所以反射光和折射光都是 部分偏振光。
i

n1
n2
•在一般情况下，反射光是以垂直于入射面的光振动为主的 部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振动为主的部分 偏振光。
五、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。
1、马吕斯定律的内容
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r e o
n0为常数
e光: 一般不在入射面内,
不遵守折射定律。
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sini ne sinre
ne不是常数
②
在入射角 i
0时
o光沿原来方向传播 ( ro
e光不沿原来方向传播 ③
0)
re 0
o
e
o光、e光在晶体数 vo常数 , ne变,
若沿光轴方向入射，o光 和e光具有相同的折射率 和相同的波速，因而无 双折射现象。
(1) o光、e光特征 ①
O光: 始终在入射面内,
并遵守折射定律。
双 折 射 现 象
i
re
各向异性
sini n0 sinr0
方解石 o 晶体 寻常光 非常光
注意：寻常、非 常指光在折射时 是否遵守折射定 律，o光、e光也 只在晶体内部才 有意义。
I0
I1
I2
I3
I4
1 I1 I 0 2
2
I 2 I1 cos
2
I 3 I 2 cos 2
1 3 6 1 6 I 4 I 3 cos I 0 cos I 0 ( ) 2 2 2
0.21I 0
例5.已知某种不透明媒质的布儒斯特角
求：该种媒质的折射率？ 解：由布儒斯特定律
解：
I 0 自 然 光 的 光 强 设： I 1 线偏振光的光强 1 则： I max 2 I 0 I1 1 I min I 0 2
I0 1 得： I1 2
例3.光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3，光 强变为 I0 /8，已知 P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？ P1 P2 P3 解：
I0
I1
I2
I3=I0/8
I 2 I1 cos 2 2 I 3 I 2 cos I 2 sin 2
2
I0 I1 2
P1

P2
P3