大学物理 第15章 光的偏振

S
I

当一束光射到各向异性介质时，可产生两束折 射光的现象 寻常光线(o光)：遵守折射定律 非常光线(e光)：不遵守折射定律 o光和e光都是线偏振光。 o光和e光只在双折射晶体的内部才有意义 o e

13
二.晶体的光轴与光线的主平面
1. 晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 折射，该方向称为晶体的光轴。 A 方 解 石光轴 方向就 是从 它的一个钝偶所作的等分角 线。即它与钝偶的三条棱线 成等角。
d
α称旋光恒量
3. 偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角
cd
c是旋光物质的浓度
21
22
入射角i 变反射、折射光的偏振度也变。 i = i0 时，反射光 只有垂直分量：
i０ i０ n1 n2
０
i0 +0 = 90
10
i0 — 布儒斯特角或 起偏角 由 有
n1 sini0 n2 sin 0 n2 cosi0
n2 tg i0 n21 n1
布儒斯特定律
虽然反射光是E矢量垂直于入射面的线偏振光， 但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量 的15%，反射偏振光非常微弱 这也说明了折射光依然是部分偏振光。
2
§15.1
自然光和偏振光
一、横波的偏振性
振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。
E H

光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。
3
二.自然光
自然光是非偏振光 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既 有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性，具 有这种特性的光就叫自然光 。 自然光的分解 Eix Ei cos i 一般 Eix Eiy Eiy Ei sin i
11
二．应用
①用玻璃片堆获偏振光
i0
玻璃片堆
(接近线偏振光)
②外腔式激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，可 减少反射损失 · · i0 · · i0 ·· · · · · i0 i0 激光输出 布儒斯特窗 M2 M1
12Байду номын сангаас
§15.4
光的双折射
R1 R2
一.双折射现象 寻常光和非常光
方解石 晶体
双折射 双折射

4
Eo E sin
通过晶片后的光成为圆偏振光 二分之一波片 若 2 4 通过晶片后的光成为线偏振光， 振动方向旋转900。
17
二、偏振光干涉
P1
S
透光轴相互垂直
C
光轴
P2

d
P1
C Ee
E2o Eo cos E sin cos
E
E2e Ee sin E cos sin
E2e、E2o
是一对振幅相等的相干光

E2 e
E0 P2 E20
18
光强决定于两束光的总位相差
第一项为两光通过晶片产生的位相差 第二项是由于 E 2e、E 2o 方向相反引起的附加位相差
干涉的明暗条件

2
( no ne )d
k 1,2 ,亮 2k ( 2k 1 ) k 1,2 ,暗
第15章 光的偏振
§15.1 §15.2 §15.3 §15.4 §15.5 §15.6 自然光和偏振光 起偏和检偏 马吕斯定律 反射光与折射光的偏振 光的双折射 偏振光的干涉 旋光现象
1
光的偏振现象显示出光的横波性，这和光的电 磁理论的预言完全一致， 为光的电磁波本性提供 了进一步的证据. 光的偏振现象在自然界中普遍存在.
I I 0 cos 2
8
2 注意：入射光必须是线偏振光，不是自然光 Ｉ是与cos2α正比
0，I Imax I0 ， ，I 0 — 消光
9
§15.3 反射光与折射光的偏振
一、布儒斯特定律
i i n1 n2 平行入射面的 E矢量占优势 垂直入射面的 E矢量占优势
19
§15.6
旋光现象
线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的振动 面将旋转一定的角度，这种现象称为振动面的旋转， 也称旋光现象。
P1 F C P2
S
过滤器 旋光物体
未放置C时，P2后是消光，变黑暗。 放置C后， P2后黑暗变为明亮 旋转P2一定角度，视场有消光现象。
20
1. 不 同 的 旋 光 物 质 可 以 使 线 偏 振 光 的 振 动 面 向不同方向旋转。 面对光源观察，振动面右旋，右旋物质； 振动面左旋，左旋物质. 如：石英晶体，有右旋和左旋两种类型； 葡萄糖为右旋糖；果糖为左旋糖. 2. 振动面的旋转角与波长有关， 波长给定则与旋光物质的厚度d 有关。
四．部分偏振光
光矢量的振动各个方向都有，一个方向振动较弱 ，而另一方向振动较强的光 ，叫部分偏振光.
部分偏振光可以看作是由一个完全偏振光和一 个自然光混合起来组成的。
表示法：
6
§15.2
起偏和检偏
马吕斯定律
一．偏振片的起偏、检偏
起偏： 把自然光(或非偏振光)变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 起偏的原理: 利用某种形式的不对称性 偏振化方向:偏振片上允许通过光振动的方向。也叫 透光轴。 偏振片转一周
§15.5
偏振光的干涉
P1
C
一、椭圆偏振光与圆偏振光
光轴

S
Eo E sin Ee E cos
Ee
d
C
通过d后，位相差 2 ( no nd )d

Eo
16

2

( no ne )d

2
( no ne )d
若

4
四分之一波片
Ee E cos
线偏光 消光 强度变，无 消光 强度不变 透光轴
7
偏振光的检验
部分偏光
自然光
二．马吕斯定律
线偏振光通过偏振片P 前后的光强关系： 设α 为振动方向与偏振化方向的夹角
I0
P
I
E0
P

E = E0cos
I0 E
2 0
, IE
2

2 2 E 0 cos
I E 2 ( E0 cosa )2 2 2 I O E0 E0
E x Eix E y Eiy
但此时 E x E y
I Ix Iy 2
非相干
因此,
I Ix I y
自然光的表示
S
4
三. 线偏振光
光矢量的振动方向始终不变的光，叫线偏振光。 又称平面偏振光
E
面对光的传 播方向看 线偏振光的表示法：
光振动平行板面
光振动垂直板面
5
B
•光轴是一特定的方向，不是指一条特定的直线 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 例如，冰洲石、石英、红宝石等 双轴晶体：有两个光轴的晶体 如云母、蓝宝石等.
14
2.主平面 晶体中的光线和光轴组成的平面。 一般情况下，o光主平面与e光主平面不重合。 e光主平面 o光主平面 光轴 e光 o光 o光的振动方向垂直 e光的振动方向平行 于自己的主平面 于自己的主平面 3.主截面 e光主平面 由晶体光轴和晶体表面法 线方向组成的平面。 o光主平面 若入射光在主截面内，则o光 ，e光的主平面重合，此时o 、e光的振动方向互相垂直。 15 光轴