第五章光的偏振自然光与偏振光
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光学教程—第五章
光是横波 , 光的振动方向应始终与光的传 播方向垂直 . 但是,当光的传播方向确定以后， 在垂直于光的传播方向的平面内 , 光振动的方 向仍然具有不确定性，也就是说，光矢量还可 以有不同的振动状态，我们称在垂直于光传播 方向的二维平面内，光矢量的振动状态叫做光 波的偏振态.
光波按偏振态来划分，可分为五种：
7
光学教程—第五章
但是注意：自然光的上述分解后，两个相互垂直的振动分 量之间，由于没有确定的相位关系，所以不能合成一个单 独的矢量。
2 2 I A A 若自然光的强度为I0Iy A A 2
2 x 2 y
自然光的等效方法 一束自然光可等效为: 光振动方向相互垂直、等振幅、互
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光学教程—第五章
由于这些光振动来自不同的原子或分子，因此它们 之间没有固定的相位关系，故不可能进行矢量合成。 对自然光，若把所有方向上的光振动都投影到相互 垂直的两个方向上则在这两个方向上的平均振幅相等。
y
x
自然光
y
0
x
注意
由此可见，自然光可以分解为两个强度相等，振动 方向相互垂直的独立的光振动。 两个互相垂直方向是任选的 .分解的结果是一样的 .
光振动平行画面
振动面
光振动垂直画面
线偏振光的光矢量可分解在两个相垂直的方向上
y
Ey
E Ex x
E x E cos E y E sin
9
光学教程—第五章
3．部分偏振光
在与光传播方向垂直的平面内，光振动具有各种振动 方向，但不同方向的振幅不同，在某一方向上的振幅最大， 而在与之正交的方向上振幅最小，这种光称为部分偏振光。 部分偏振光的振动也可以把各个方向的振动分解成两个 相互垂直的线偏振光。
第 5章
光的偏振
（ Polarization of Light ）
光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，光 的偏振现象证实了光的横波性。这些都是对光的 波动理论的有力证明。 在光与物质相互作用时，横波振动着的电 矢量起主要作用，电矢量的各种振动状态使光 具有各种偏振态。
E v H
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光学教程—第五章
第一节 自然光与偏振光 第二节 线偏振光与部分偏振光 第三节 单轴晶体的双折射现象 第四节 光在晶体中的波面 第五节 光在晶体中的传播方向 第六节 偏振器件 第七节 椭圆偏振光和圆偏振光 第八节 偏振态的实验检验 第九节 偏振光的干涉 *第十节 光弹性效应和电光效应 *第十一节 旋光现象 *第十二节 偏振态的矩阵表述
2
光学教程—第五章
§5.1
5.1.1 光的偏振性
自然光与偏振光
偏振：波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。 横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。
3
光学教程—第五章
沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相 同，具有对称性，即：纵波的振动相对于传播方向 是轴对称的。
这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏 振性。 光是横波，应该具有偏振性。 振动面：振动方向与传播方向组成的平面。
不相干、光强度各占一半的两束光.
表示该光的振动方向垂直于纸平面；
z
自然光的一种表示方法
8
表示该光的振动面就在纸平面内。
光学教程—第五章
2.线偏振光
如果光在传播光程中电矢量的振动只限于某一确定平面内，即只
沿一个固定方向振动时，这种光称为线偏振光(完全偏振光).
线偏振光图示法：
（1）自然光；（2）部分偏振光；（3）线偏振光； （4）圆偏振光；（5）椭圆偏振光。 也可以是以上几种偏振状态的组合。
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光学教程—第五章
1.自然光
实际普通光源发出的光都属于自然光。（激光除外）
普通光源中包含许许多多分子和原子,不同的原 子或分子所发出的光波,或同一原子不同时刻所发光 波,其振动方向、振幅、初始相位各不相同. 在垂直于光传播方向的平面内 , 在观测时间间 隔内 , 光振动在各个方向的几率相同 , 没有哪一个方 向占更大优势. 这种光称为自然光. 电矢量对于光的传播方向是轴对 称分布的 . 即沿着各个方向振动 的振幅都相等。如图 自然光
本节结束
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光学教程—第五章
Imax为部分偏振光最大振幅对应的光强，
Imin为最小振幅对应的光强。
当Imin ＝0时，P＝1， 即为线偏振光。
当Imax ＝ Imin时，P＝0， 即为自然光。
对于部分偏振光， 0<Imin <Imax , 0<P<1。
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光学教程—第五章
偏振光的应用：3D电影
两架放映机、两束偏振方向互相垂直的偏振光、观众用偏振眼 镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只看到左 机映出的画面，右眼只看到右机映出的画面，产生立体感觉。
Y
Y Ay
X
Ax
X
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光学教程—第五章
分解后的两个线偏振光振幅不等，相位也无关联。因而也 不可能合成为一个单独的矢量。 部分偏振光可表示为：
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光学教程—第五章
为了定量描述部分偏振光，引入偏振度的概念：
定义：
I max I min P I max I min
光学教程—第五章
光是横波 , 光的振动方向应始终与光的传 播方向垂直 . 但是,当光的传播方向确定以后， 在垂直于光的传播方向的平面内 , 光振动的方 向仍然具有不确定性，也就是说，光矢量还可 以有不同的振动状态，我们称在垂直于光传播 方向的二维平面内，光矢量的振动状态叫做光 波的偏振态.
光波按偏振态来划分，可分为五种：
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光学教程—第五章
但是注意：自然光的上述分解后，两个相互垂直的振动分 量之间，由于没有确定的相位关系，所以不能合成一个单 独的矢量。
2 2 I A A 若自然光的强度为I0Iy A A 2
2 x 2 y
自然光的等效方法 一束自然光可等效为: 光振动方向相互垂直、等振幅、互
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光学教程—第五章
由于这些光振动来自不同的原子或分子，因此它们 之间没有固定的相位关系，故不可能进行矢量合成。 对自然光，若把所有方向上的光振动都投影到相互 垂直的两个方向上则在这两个方向上的平均振幅相等。
y
x
自然光
y
0
x
注意
由此可见，自然光可以分解为两个强度相等，振动 方向相互垂直的独立的光振动。 两个互相垂直方向是任选的 .分解的结果是一样的 .
光振动平行画面
振动面
光振动垂直画面
线偏振光的光矢量可分解在两个相垂直的方向上
y
Ey
E Ex x
E x E cos E y E sin
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光学教程—第五章
3．部分偏振光
在与光传播方向垂直的平面内，光振动具有各种振动 方向，但不同方向的振幅不同，在某一方向上的振幅最大， 而在与之正交的方向上振幅最小，这种光称为部分偏振光。 部分偏振光的振动也可以把各个方向的振动分解成两个 相互垂直的线偏振光。
第 5章
光的偏振
（ Polarization of Light ）
光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，光 的偏振现象证实了光的横波性。这些都是对光的 波动理论的有力证明。 在光与物质相互作用时，横波振动着的电 矢量起主要作用，电矢量的各种振动状态使光 具有各种偏振态。
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光学教程—第五章
第一节 自然光与偏振光 第二节 线偏振光与部分偏振光 第三节 单轴晶体的双折射现象 第四节 光在晶体中的波面 第五节 光在晶体中的传播方向 第六节 偏振器件 第七节 椭圆偏振光和圆偏振光 第八节 偏振态的实验检验 第九节 偏振光的干涉 *第十节 光弹性效应和电光效应 *第十一节 旋光现象 *第十二节 偏振态的矩阵表述
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光学教程—第五章
§5.1
5.1.1 光的偏振性
自然光与偏振光
偏振：波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。 横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。
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光学教程—第五章
沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相 同，具有对称性，即：纵波的振动相对于传播方向 是轴对称的。
这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏 振性。 光是横波，应该具有偏振性。 振动面：振动方向与传播方向组成的平面。
不相干、光强度各占一半的两束光.
表示该光的振动方向垂直于纸平面；
z
自然光的一种表示方法
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表示该光的振动面就在纸平面内。
光学教程—第五章
2.线偏振光
如果光在传播光程中电矢量的振动只限于某一确定平面内，即只
沿一个固定方向振动时，这种光称为线偏振光(完全偏振光).
线偏振光图示法：
（1）自然光；（2）部分偏振光；（3）线偏振光； （4）圆偏振光；（5）椭圆偏振光。 也可以是以上几种偏振状态的组合。
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光学教程—第五章
1.自然光
实际普通光源发出的光都属于自然光。（激光除外）
普通光源中包含许许多多分子和原子,不同的原 子或分子所发出的光波,或同一原子不同时刻所发光 波,其振动方向、振幅、初始相位各不相同. 在垂直于光传播方向的平面内 , 在观测时间间 隔内 , 光振动在各个方向的几率相同 , 没有哪一个方 向占更大优势. 这种光称为自然光. 电矢量对于光的传播方向是轴对 称分布的 . 即沿着各个方向振动 的振幅都相等。如图 自然光
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光学教程—第五章
Imax为部分偏振光最大振幅对应的光强，
Imin为最小振幅对应的光强。
当Imin ＝0时，P＝1， 即为线偏振光。
当Imax ＝ Imin时，P＝0， 即为自然光。
对于部分偏振光， 0<Imin <Imax , 0<P<1。
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光学教程—第五章
偏振光的应用：3D电影
两架放映机、两束偏振方向互相垂直的偏振光、观众用偏振眼 镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只看到左 机映出的画面，右眼只看到右机映出的画面，产生立体感觉。
Y
Y Ay
X
Ax
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光学教程—第五章
分解后的两个线偏振光振幅不等，相位也无关联。因而也 不可能合成为一个单独的矢量。 部分偏振光可表示为：
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光学教程—第五章
为了定量描述部分偏振光，引入偏振度的概念：
定义：
I max I min P I max I min