光的偏振

第三章 光的偏振 §1 光的偏振状态

光的偏振证明了光的横波性。 一.线偏振光

光矢量只在一个固定平面内沿一个固定方向振动的光叫线偏振光（平面偏振光）。

线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解。

⎭⎬

⎫==ααsin cos E E E E y x

▲线偏振光的表示法：

二.自然光

迎着光的传播方向看

· · · ·

· 光振动垂直板面

光振动平行板面

依赖于x , y

方向的选取

普通光源各原子发光是独立的，每个波列的振幅、相位和振动方向都是随机的，它们对其传播方向形成轴对称分布。这种大量的、平均振幅相同、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的光振动的组合叫自然光。

自然光可分解为两个振动方向相互垂直、振幅相等、无固定相位差

的振动。即一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直、等振幅、不相干的线偏振光。

自然光沿x 、y 方向分解后，其Ex 和Ey 无固定关系，它们是彼

此独立的振动：

y x E E = ─与x ，y 方向选择无关

总光强

y x I I I += ─非相干叠加

2

I I I y x ==

▲自然光的表示法：

三.部分偏振光（partially polarized light ）

彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的

大量光振动的组合称部分偏振光。

没有优势方向

自然光的分解

部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直、不等幅、不相干

的线偏振光。

▲部分偏振光的表示法：

四.圆偏振光和椭圆偏振光

光矢量按一定频率在垂直传播方向的平面内旋转（左旋或右

旋），其矢端轨迹是圆的称圆偏振光；其矢端轨迹是椭圆的称椭圆偏振光。

规定：迎着光线看，若

光矢量顺时针转，称右旋圆（椭圆）偏振光；

平行板面的光振动较强

垂直板面的光振动较强

部分偏振光的分解

部分偏振光

光矢量逆时针转，称左旋圆（椭圆）偏振光。

模型圆和椭圆偏振光

线、圆和椭圆偏振光均称为完全偏振光。它们都可看成是两个频率相同、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。

自然光也称为非偏振光。部分偏振光可看作是自然光和完全偏振光的叠加。

以上五种光的振动状态称为光的五种偏振态

§2偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律

一.起偏

▲起偏：从自然光获得偏振光。

▲起偏器：起偏的光学器件。

▲起偏的原理：利用某种光学的不对称性，如：二向色性、反射和折射、散射、双折射…产生偏振光。

▲偏振片：由自然光获得线偏振光的平面片状器件，用P表示。

·微晶型：利用晶体的二向色性（对某一方向的光振动有强烈吸收）起偏，如把硫酸碘奎宁的针状粉末定向排在透明的基片上。 ·分子型：利用导电线栅的原理起偏，如把富含自由电子的碘附在拉伸的塑料薄膜上。

▲偏振片的起偏： 出射光强 02

1I I =

二.马吕斯定律

线偏振光通过偏振片P 前后的光强关系： α2

20

2

20

0cos E E I E I =∝∝，

α20cos I I = ──马吕斯定律（1809）

0max 0I I I ===，α

02

==I ，π

α ──消光

cos

α

三.检偏

检偏：用偏振器件分析、检验光的偏振态。

偏振片既可“起偏”又可“检偏”。

设入射光可能是自然光、线偏振光或由线偏振光与自然光混合而成的部分偏振光，用偏振片来区分它们，如图示。

思考以光线为轴转动P,

·若I不变─待检光是什么光？

·若I变，有消光─待检光是什么光？

·若I变，无消光─待检光是什么光？

§3反射和折射光的偏振

一.反射和折射时光的偏振

自然光在介质表面反射、折射时，偏振度要发生变化。

反射光垂直入射面的分量(S 分量)比例大， 折射光平行入射面的分量(P 分量)比例大， 入射角i 变⇒反射、折射光的偏振度也变。 i = i 0时，反射光只有S 分量。

i 0 ─ 布儒斯特角 或 起偏角

此时 i 0 +r 0 = 90O

，

由折射定律

0201sin sin r n i n =

又 00cos sin i r =

有

儒斯特定律(1812年)

若 n 1 =1.00 (空气)，n 2 =1.50 (玻璃)，则：

互余

空气→玻璃玻璃→空气⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫

'︒=='︒==-- 243350

.100

.1tg 815600

.150.1tg 101

0i i 二.玻璃片堆起偏和检偏 1.起偏

由光的电磁理论可知，当i = i 0时，反射光光强I 与入射自然光光强I 0之比为

)(sin 2

1 002

0r i I I -=

自然光从空气→玻璃(n 2

=1.50)，可算得%7

≈I I 。要提高反射线偏振光的强度，可利用玻璃片堆的多次反射。 2.

让待检光以布儒斯特角i 0入射到界面上，以入射线为轴旋转界面（保持i =

i 0不变），

·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；