大学物理：3光的偏振

/2，， 3 /2
x 和 2
x
线偏振光则可以看成是两束频率相同、
相位相同、振幅相同、
传播方向也相同的左、 右旋圆偏振光的合成。
·
5
二、完全非偏振光自然光（natural light）
不相干
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 Ey
I Ix Iy 2Ix
射波。
线偏振光
n·1···i0 i0····S
n2 r0
P
·Fra Baidu bibliotek
当以布儒斯特角入射时，反射光垂直于折射光。在 入射点处，P分量的振动方向正好沿着反射光线的方 向，因电磁波是横波，所以反射光只有S分量。
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二、玻璃片堆起偏和检偏
1、起偏：当 i i0 时反射光是线偏振的，可用来起偏。
但单次反射的反射光强太低（只占15％），而且方
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i = i0 时，反射 光只有S分量：
n·1···i0
n2 r0
线偏振光
i0···S· i0 +r0 = 90
·
i0 — 布儒斯特角（Brewster angle）或 起偏角 由
n1 sini0 n2 sinr0 n2 cos i0
得布儒斯特（Brewster）定律 （1812年）
tg i0
1、线偏振光（linearly polarized light）
传播方向
E
· 光矢量E
振动面
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：
y
Ey
E
Ex
x
E x E cos
E y E sin
线偏振光表示法：···· · 光振动垂直板面 光振动平行板3面
2、圆偏振光（circularly polarized light） 椭圆偏振光（elliptically polarized light）
偏振度：
P Ip Ip
It In I p
It —部分偏振光的总强度 Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度 In —部分偏振光中包含的自然光的强度 完全偏振光 （线、圆、椭圆） P = 1
自然光 （ 非偏振光）
P=0
部分偏振光
0<P<1 8
§5.2 线偏振光的获得与检验 一、起偏 ：从自然光获得偏振光
n2 n1
n21
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若 n1 =1.00 （空气），n2 =1.50（玻璃），
则：空 气→ 玻 璃
玻 璃→ 空 气
i0 i0
tg 1 tg 1
1.50 1.00 1.00 1.50
5618 3342
互 余
例：外腔式激光管加布儒斯特窗减少反射损失
·· i0
i0 ··
i0 ······ i0 激光输出
波动光学
第5章 光的偏振
2005年秋季学期 编
1
目录
§5.1 光的偏振状态 §5.2 线偏振光的获得与检验 §5.3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振 §5.4 双折射现象 §5.5 椭圆偏振光和圆偏振光 §5.6 偏振光的干涉 §5.7 人工双折射 §5.8 旋光现象
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§5.1 光的偏振状态 光矢量垂直于传播方向 一、完全偏振光
向发生变化，使用不方便。因此更多利用i i0时的折射
光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。
······i0
线偏振光
························
玻璃
片堆
【演示】玻璃片堆起偏
接近是线偏振光
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2、检偏（不包括圆和椭圆偏振光）
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：
1 I 2 I0
I0
P I
E0
P
I0
E
2 0
,
IE
2
E
2 0
cos
2
E = E0cos
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I
Imax
I0
，
2
，I
0
— 消光 10
三、线偏振光的检偏
检偏：用偏振器件检验光的偏振态
设入射光可能是自然光或
P
线偏振光 或由线偏振光与自 待检光
I
然光混合而成的部分偏振光 ?
若反射光光强不变 入射光是自然光；
若反射光光强变且有消光 入射光是线偏振光；
右旋圆 偏振光
y
观测
右旋椭圆 偏振光
E
x
0
y x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
线、圆和椭圆偏振光 完全偏振光 4
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。
y x，y 振幅相同，
相位差 /2或3 /2
相位差不等于 0， y
地面成45角、且向同一方向倾斜的偏振片， 可以避免汽车会车时灯光的晃眼。
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§5.3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振 一、反射和折射时光的偏振
n1····i
i
····
P 分量 S 分量
n2 r ·
自然光反射和折射后成为部分偏振光
反射光垂直入射面的分量（S）比例大，
折射光平行入射面的分量（P）比例大， 入射角i 变 反射、折射光的偏振度也变。
起偏器（polarizer）：起偏的光学器件 起偏的原理：利用某种光学的不对称性
偏振片（Polaroid）P（获得线偏振光）
分子型：
（常用） 入射
电磁波
线栅起偏器
电气石晶片
微晶型：非·偏·振·光
光轴 线偏振光
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线偏振光的起偏
P
··· 非偏振光I0
线偏振光 I
偏振化方向
（通光方向）
二、马吕斯定律（Malus law）
自然光的表示法： · · ·
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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。部分偏振光可看成是自然光和线偏振 光的混合，天空中的散射光和水面的反射光 就是这种部分偏振光，它可以分解如下：
不相干
分解
表示法： · ·
平行板面的 光振动较强
·· ····
垂直板面的 光振动较强
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四、偏振度（degree of polarization）
旋转
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？
【演示】线偏振光的起偏和检偏
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四、偏振片的应用 偏振片的应用很多，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
M1
布儒斯特窗
M2
垂直分量损耗大，不能形成激光，但平行分
量能形成激光。
【思考】如何测量不透明介质的折射率？ 15
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16
对布儒斯特定律的定性解释：
折射光波在第二种介质中激起电子做受迫振动，振
动方向沿光矢量方向。振动的原子可看做是电偶极子
辐射次波，这些次波传回第一种介质相干叠加形成反