第十五章光的偏振和晶体光学基础0129页PPT

的选取应使膜层上下表面反射光满足干
涉加强条件。膜层的层数取决于对反射
光或透射光偏振度的要求。见例题1。
nGsini
nGsin450 nHsinH,tanH
nL nH
nG 2 n2H 2nH 2nnL2L2
90 0
i
90 0
玻璃 n G
45 0
H L
45 0 玻璃 n G 90 0
90 0
nH
nL nH nL nH nL
nH
90 0
2、由二向色性产生线偏振光
二向色性：有些各向异性的警惕对不同振动方向的偏振光有不 同的吸收系数，且不同方向上有不同的色散特性，这种特性称 为二向色性。
3、利用晶体的双折射产生线偏振光
光
双折射晶体
传播方向不同的二支线偏振光
三、马吕斯定律和消光比
偏振器：产生和检验线偏振光的器件。
偏振器的透光轴：偏振器允许透过的光矢量的方向为偏振器的透 光轴。
光轴
e光
主截面：光轴和晶面法线组成的面称为晶体的主截面。 当光线在主截面内入射，此时O光和e光都在该平面内，该面 也是O光和e光的共同主平面。应用中有意选取入射面与主截 面重合的情况。
如图是方解石晶体的主截面由于天然方解石晶体各棱长相等， 通过组成钝隅的每一条棱的对角面就是它的主截面。与这些面 平行的截面也是主截面。
光轴：当光在晶体中沿着这个方向传播时不发生双折射，这个特 殊方向称为晶体的光轴。
对于单轴晶体，o、e光沿光轴方向传播时，其传播速度也相同。 注意：晶体中凡是与此方向平行的任何直线都是晶体的光轴。
主平面：光线在晶体中的传播方向与光轴组成的平面称为该光线 的主平面。
o光的 主平面
····
e光的 主平面
光轴 o光
••
•
玻璃片堆
(接近线偏振光)
最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光
利用玻璃片堆的原理可以制成一 种叫做偏振分光镜的器件。
偏振分束器
为获取光束的最大偏振度，要合理选择 玻璃棱镜的折射率和膜层材料、厚度及
dH
d d
L H
dL
层数。一般棱镜材料的选取应使光线在
薄膜和薄膜界面上的入射角等于布儒斯
特角，使反射光为线偏振光。膜层厚度
光轴
o
方解石后，出现两支出射光， 表现出双折射现象。 1、寻常光线和非常光线
7808
光轴
B
钝隅
寻常光线（O光）：遵守折射定律，且在入射面内。
非常光线（e光）：不遵守折射定律，且一般
不在入射面内。让O光和e光通过检偏器后可
以发现它们都是线偏振光，
且二者的偏振化方向是垂直的。
2、光轴、主平面和主截面 在晶体中存在一个特殊的方向，即
二、晶体的各向异性和介电张量
1、晶体的各向异性
晶体的双折射现象表示晶体在光学上是各向异性的，即它对不同 方向的光振动表现出不同的性质。也就是对于振动方向互相垂直 的两个线偏振光，它们在晶体中由不同的传播速度（或折射率）。
合成
两个线偏振光
2、自然光：具有一切可能振动方向的光波的总和。
自然光
表示成
两个线偏振光（振动方向垂 直、大小相等、位相无关联）
3、部分偏振光：自然光在传播过程中，由于外界影响，造成某 一方向振动比其它方向占优势时的光。
I max
I min
将占优势的垂直方向振动光强记为 I max ，而与其垂直方向的劣势 方向的光强记为 Imin 。当部分偏振光只是线偏振光和自然光的混 合时，其中完全偏振光的强度为 IPImaxImin，它在部分偏振光总 强度 (ImaxImin) 中所占的比率定义为偏振度P。即
第一节 偏振光概述
一、偏振光和自然光
1、偏振光：光矢量的方向和大小有规则变化的光称为偏振光。
线偏振光：光矢量振动方向不变，大小随相位变化的光。
圆偏振光：光矢量的大小不变，方向规则变化，其矢量末端的运 动轨迹为一圆。
椭圆偏振光：光矢量的方向和大小有规则变化，其矢量末端的运 动轨迹为一椭圆。
分解
任一偏振光
玻璃 n G
90 0
90 0
nH
nL nH nL nH nL
nH
90 0
2）膜层的厚度应使膜层上下表面的反射光满足干涉加强的条件。，
使透射光中s波成分最大限度的减少。所以有
2 n H d H co H 2 s ,
2 n L d L co L 2 s
sin Hn n Hsi4n05 1 2 ..5 3 6 8 0.700 7.41635
马吕斯定律：透过偏振器的光强I与线偏振光方位和透光轴夹
角 的余弦平方有关，即
I I0co2s
消光比：检偏振器相对被测偏振器转动时的最小透射光强与最 大透射光强之比称为被测偏振器的消光比。 消光比、透射率和偏振度是表述偏振片的性质的。
例题1 设计一块适用于氩离子激光 51.54 nm 的偏振分光镜，选 定 nH 2.38的硫化锌和 nL 1.25的冰晶石作为高折射率和低折射率膜 层的材料。试决定：1）分光棱镜折射率；2）膜层厚度。
sin Ln n Lsi4n05 1 1..5 2 6 5 0.700 7.81825
co H s10.46230 5 .8861
dH
co Ls10.88220 5 .4703
d d
L H
dL
90 0
i
90 0
玻璃 n G
45 0
H L
5.1 5 n4m
d H4 n H co H s4 2 .3 8 0 .88 6 6n1 1m 45 0
P IP ImaxImin IPIn ImaxImin
I n 为自然光的光强。
二、产生偏振光的方法
1、反射、折射产生偏振光：根据布儒斯特定律，当入射光以布 儒斯特角入射时，反射光称为线偏振光。
利用玻璃片堆产生线偏振光
•
i • • •0 ••
•••••••••• •
•
• •
•••• •
•
•
••
•• ••
玻璃 n G
5.1 5 n4m
90 0
d L4 n Lco L s4 1 .2 5 0 .47 2 0n 1 3m 9
90 0
nH
nL nH nL nH nL
nH
90 0
第二节 光在晶体中的传播
钝隅
一、晶体的双折射现象
102° A
图示为单轴晶体方解石，化学成分为碳酸钙，
e
其天然结构为平行六面体。光射入
解：1） nG sin i nG sin 45 0 nH sin H ,
tan H
nL nH
dH
d d
L H
n
2 G
2
n
2 H
n
2 L
ห้องสมุดไป่ตู้
n
2 H
n
2 L
dL
90 0
i
90 0
玻璃 n G
45 0
H L
45 0
nG
2nLnH
n
2 L
n
2 H
2 1.25 2.38 1.56
1.25 2 2.38 2