(物理光学)第十五章 光的偏振和晶体光学基础-1

自然光
Natural light
部分偏振光 Partial polarized light
表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光 完全偏振光 Ip=Imax-Imin 偏振度：
P IP I总 I max I min I max I min
二、 偏振光的产生（Production of polarized light）
~ ~ E ＝ E x a1 exp( ikz ) x 0
Z
z 2) 圆偏振光(Circularly polarized light)
a1 a 2 ~ E ＝ a1 exp( ikz ) x 0
a 2 exp[ i ( kz )] y 0

2
右旋
z 3) 椭圆偏振光 (Elliptically polarized light)
I I 0 cos
2
y（透光轴方向）
q
I0
x A 0 sin q
q
验证马吕思定律的实验装置：
P1
q
Ecosq
P2 自然光 (Natural light) 起偏器 (Polarizer)
光电接收器
检偏器 (Analyser)
(Photoelectric receiver)
消光比：最小透射光强和最大透 射光强之比。
5. Polarization by double refraction
1、由反射和折射产生偏振光
1）菲涅尔公式：反射波、折射波与入射波振 幅比值的关系
E1p E1s
n1 n2 q1
E’1p
q’ 1
E’1s
o
q2
x
E2p E2s z
入射面xoz 分界面xoy
由麦克斯韦方程组和电磁场边界条件推出：
偏振光方程：
~ ~ ~ E ＝ E x x0 E y y0 ~ E x a 1 exp[ ikz ] ~ E y a 2 exp[ i ( kz )]
1）线偏振光 (Linearly polarized light) 振动平面： 光矢量与传播 方向组成的平 面称为线偏振 光的振动平面。
的方向上被散射的光是线偏振光。散射光的振动方向 在光线传播方向的垂直平面内。
三. 马吕斯定律(Malus’ law)和消光比(Extinction ratio) 起偏器（ Polarizer ）：用来产生偏振光的偏振器件。 检偏器（ Analyser ）：用来检验偏振光的偏振器件。
如果一入射线偏振光的电矢量振 动方向和检偏器的透光轴成 q 角， 则通过检偏器之后的光强 I 为： A 0 cos q
反射光为线偏振光。振动 方向垂直于入射面。 透射光为部分线偏振光。



3）实例（Examples）：
qP
用玻璃片堆获得偏振光
偏振分光镜
45
。
制作 原理 n3 膜层厚度
ZnS(n2) n3
冰晶石 层数 (n1)
2、由二向色性产生偏振光 (Polarization by selective absorption) 二向色性(Dichroism)：各向异性的晶体对光的吸收本 领随波长改变外，还随光矢量相对晶体的 方位而改变。
a1 a 2 ~ E ＝ a 1 exp( ikz ) x 0 0 2
a 2 exp[ i ( kz )] y 0
左旋
右旋
3、部分偏振光( Partially polarized light) 自然光在传播过程中，由于外界的作用造成振动方 向上强度不等，使某一方向上的振动比其 它方向上的振动占优势。
表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、
位相关系不确定的光矢量表示。
自然光 Natural light
2、偏振光（Polarized light）：
光矢量的方向和大小有规则变化的光
线偏振光（Linearly polarized light）：光矢 量方向不变，其大小随位相变化。 圆偏振光（Circularly polarized light）：光 矢量大小不变，其方向绕传播方向 均匀转动，且矢量末端轨迹为圆。 椭圆偏振光（Elliptically polarized light）： 光矢量大小和方向都在有规律地变 化，且矢量末端轨迹为椭圆。
第十五章 光的偏振和晶体光学基础
光的偏振（Polarization of light）现象的发现 偏振现象的意义（说明了光的横波性）
菲涅尔（Fresnel）和阿喇果（Arago）实验 杨氏假设
菲涅尔的理论
偏振现象与晶体（Crystaห้องสมุดไป่ตู้）
§15－1 偏振光概述
一、偏振光与自然光（Polarized light and Natural light） 1、自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。 特点：振动方向的无规则性。
人造偏振片(Polaroid)：
H偏振片和K偏振片
z y(透光轴方向)
x(拉伸方向)
偏振片透光特性
透过率
0.5 0.4 0.3 0.2
0.1
400 450 500 550 600 650 700
波长
3、由散射产生偏振光 (Polarization by scattering) 一束非偏振光入射到气体上，那麽在与入射光束垂直
主要方法：反射和折射、二向色性、散射、双折射
1. Polarization by reflection
2. Polarization by transmission
3. Polarization by selective absorption
4. Polarization by scattering
式（ 3）
式（ 4）
2）布儒斯特定律( Brewster’s Law ) 自然光投射到两种不同介质的分界面上时，若入射角满 足关系式
q1 q 2
2
，则反射光中没有振动平行于入
射面的分量。 入射角为布儒斯特角，即
q P tg
1
(
n2 n1
)
n1 n2




q1
, q1 q2
r s ts sin( q 1 q 2 ) A1 s sin( q 1 q 2 ) A2 s 2 sin q 2 cos q 1 A1 s sin( q 1 q 2 ) A '1 s 式（ 1） 式（ 2）
A '1 p tg (q 1 q 2 ) rp A1 p tg (q 1 q 2 ) A 2 sin q 2 cos q 1 t 2 p p A1 p sin( q 1 q 2 ) cos( q 1 q 2 )