第20章 光的偏振

第二十章 光的偏振
20-7 旋光现象
线偏振光通过某些透明介质后，它的光振动方向将绕着
光的传播方向旋转某一角度 的现象，称为旋光现象。这种
介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。
F
M
C
N
F为滤色片；M为起偏器； N为检偏器；旋光物体C（例如 石英片）放在两个正交的偏振片M 与N 之间，将会看到视 场由原来的暗变亮，把检偏器 N 旋转一个角度，又可得到
第二十章 光的偏振
例题20-2 一束平行的自然光，以58o角入射到平行 玻璃表面，反射光束是偏振光，则透射光束的折射角 是多少？玻璃的折射率是多少？
解：当入射角为布鲁斯特角时，反射光为偏振光，此时反
射光束与折射光束满足 i0 90
所以透射光束的折射角为 90 i0 32
由布鲁斯特定律
第二十章 光的偏振
返回主目录
第二十章 光的偏振
20-1 自然光与偏振光
一 偏振现象
1 横波的偏振性 横波 光矢量E 的振动方向总与光的传播方向垂
直，在垂直于光传播方向的平面内, E可有不同的振动 方向。
2 振动面：光矢量 E与传播方向组成的平面。
光矢量
E
振动面
0
v
只H有横波才有偏振现象。
第二十章 光的偏振
射光波长及温度有关。
对于液体： Cd
M
N
第二十章 光的偏振
旋光产生原因：一束线偏振光可分解为振幅、频率均相等 的左、右旋园偏振光，当这两光通过某物质时，其折射率 不同，速度也不同，合成后所得线偏振光的振动方向与原 振动方向差一角度，所以旋光现象是物质各向异性的结果。
旋光色散：一束复色偏振光通过旋光物质时，由于不同波
▲偏振光的干涉：偏振光通过晶片后成为两束相互之间有一定
位相差而振动面相互垂直的偏振光.若使这两束光在通过偏振
器，可发生干涉现象，这就是偏振光的干涉.
▲干涉条件:
当 2k或
当 (2k或1)
其中 k 1,2,3,
d (no ne干) 涉(2最k 强1) 2 d(no n干e ) 涉 k最 弱
第二十章 光的偏振
射到检偏器的偏振光强度为Io，要求透射光的强度降低为原来
的1/4，则检偏器应绕入射光方向转过多少度？
解：（1）设这两束自然光的强度分别为I1和I2，根据马吕
斯定律及题给条件可得
I1 cos2 1 cos2 60 1 I 2 cos2 2 cos2 30 3
(2)
1 4
I0
I0
tan i0
n2 ，可得玻璃的折射率为 n1
n2 n1 tan i0 tan 58 1.60
第二十章 光的偏振
20-4 双折射现象
一 双折射现象
一束光射入各向异性晶体后有两束折射光的现象。
二 寻常光和非常光
自然光
寻常光线(o光):遵守折
i
射定律。对于晶体一切方向都 具有相同的折射率，且在入射 面内传播。
1 尼科耳棱镜 将两块特殊要求加工的直角方解石用特制树胶粘合成一体
的长方形柱形棱镜．是利用方解石的双折射现象及光的全反射 现象而获得线偏振光的仪器。
第二十章 光的偏振
2 二向色性与人造偏振片
某些晶体（电气石、硫酸金鸡钠碱晶体等）对光振动有强 烈的选择性吸收能力，这种性质称为二向色性。如电气石晶 体对自然光的某一振动方向上的光振动几乎完全吸收，而垂 直于该方向的光振动只稍微减弱后通过。
d
4(no ne )
◆o光和e光的光程差为1/2波长的奇数倍的波片称为1/2波片， 1/2波片不改变入射线偏振光的光矢量的振动轨迹，只改变其 运动方向.1/2波片的最小厚度为
d 2(no ne )
第二十章 光的偏振
20-6 偏振光的干涉 人为双折射现象
一 偏振光的干涉
偏振光的干涉
第二十章 光的偏振
第二十章 光的偏振
20-2 偏振片的起偏和检偏马吕斯定律
一 偏振片
偏振片
一种能使自然光变为偏振光的人造透明薄片.
偏振化方向 偏振片所允许通过的光振动方向称为该偏振片 的偏振化方向.
偏振片
偏 振
表示方法：用记号“↕”
化
表示
自然光
方
向
线偏振光
第二十章 光的偏振
二 偏振片的起偏和检偏
起偏振器: 自然光通过偏振片后成为偏振光，这就是 起偏振，而这种偏振片就叫做起偏振器.
3 偏振态 光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动状态。
可分为下列5 种： 线偏振光、自然光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光
二 自然光— 普通光源发出的光,在垂直于传播方向的平面上,
所有可能方向的光矢量E 的振幅都相等。0
一束自然光可分解为两束振动方向
相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振
光。
Ex Ey
▲应用:采矿、冶金、材料工业及研究晶体的内部结构.
二 人为双折射现象
▲在外界作用下，使各向同性媒质变成各向异性媒质，从而产 生双折射的现象称做人为双折射现象.
▲各向同性的非晶体在机械应力作用下变成各向异性并显示出 双折射现象，称为光弹效应或应力双折射.
▲某些晶体或液体在加电场作用下能显示出双折射现象，这 种现象称为克尔效应.
第二十章 光的偏振
二 折射偏振
为了获得强度较大的线偏振光，可以让自然光通过许多平行玻 璃片组成的玻璃片堆，最后透射出来的光就几乎成为完全偏振光.
•
• • •
i0
•
•
•
• •
• •
• •
• •
• •
•
• •
•
• •
•
•
•
•
••
••
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
••
••
•
玻璃片堆
(接近线偏振光) 最后获得两束振动方向互相垂直的线偏振光。
cos2
则 60 , 120
不论检偏器沿哪个方向转动，都得到相同结果.
第二十章 光的偏振
20-3 反射光和折射光的偏振
一 反射偏振
反射和折射过程会使入射的自然光有一定程度的偏振 化，因为反射光对光振动方向有选择性，与入射面垂直的 光振动容易反射。
自然光
i
部分
偏振光
n1
n2
部分 偏振光
第二十章 光的偏振
和e光，两者的振幅分别
为 : Ao Am sin , Ae Am cos
两者的光程差和位相差分别为:
(no ne )d
2
(no
ne )d
Am为入射偏振光的振幅,d为晶片厚度
获得椭圆和圆偏振光装置
第二十章 光的偏振
二 波片
◆ 表面与光轴平行的晶体薄片称为波片.
◆ o光和e光的光程差为1/4波长的奇数倍的波片称为1/4波 片，利用1/4波片可以使线偏振光变成圆偏振光.1/4波片的 最小厚度为
c光轴与晶体表面平行且平面波正入射
d光轴与晶体表面平行且与入射面垂直
第二十章 光的偏振
以b图为例,利用惠更斯原理解释如下:
DD 为o光的新波阵面，AD线为o光在晶体中传播的方向；
EE 为e光的新波阵面，AE线为e光在晶体中传播的方向。
由图可知，在此情况下,虽入射光垂直入射,e光也不遵守折射定律。
五 应用双折射产生偏振光的仪器
布儒斯特定律
反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一
特定值i0 ，且满足： tg i0
这时反射光成为线偏振光。
i0
起偏振角 布儒斯特角
n2 n1
线偏振光
tgi0
sin i0 cos i0
又 sin i0 n2
n2 n1
自然光
i0
sin n1
所以sin cos i0
n1
n2
i0
2
部分偏振光
2 晶体的主截面 通过光轴并与任一天然晶面相正交的平面叫做晶体 的主截面.
o光的振动方向垂直于晶体的主截面，e光的振动方 向平行于主截面.
第二十章 光的偏振
四 惠更斯原理对双折射现象的解释
以下四种情况是平行光在方解石晶体表面产生的双折射现 象的图示.
a光轴在入射区内与晶体表面有夹角平面波斜入射
b光轴与晶体表面有一夹角且平面波正入射
I Ix Iy
1 Ix Iy 2I
自然光的表示法： · · ·
没有优势方向
自然光的分 解
第二十章 光的偏振
三 线偏振光--光矢量只在某一固定的方向上振动。
传播方向
E
·
振动面
线偏振光可沿两 个相互垂直的方 向分解。
E x E cos E y E sin
面对光的传播方向看
y
Ey
E
0
x
Ex
线偏振光的表示法： · · · · ·
长的光有不同的 值，所以发生色散，称旋光色散。
作业： P455 T4 .T5 .T7.T8
结束
返回本章首页
检偏振器:
偏振片可以检查某一光波是否是偏振光， 这就是检偏振，而这种检验偏振光的偏振 片就叫做检偏振器.
第二十章 光的偏振
图a : B的偏振化方向与偏振片A的偏振化方向平行,从B射 出的光强度大，最亮.
图b : B的偏振化方向与偏振片A的偏振化方向成夹角 ,从 B射出的光强度随 角变化而变化.
三 马吕斯定律
利用物质的二向色性制成的起偏装置称为偏振片。
第二十章 光的偏振
20-5 椭圆偏振光和圆偏振光 波片
一 椭圆偏振光和圆偏振光
◆若o光和e光相遇点处的光矢量合成时，末端轨迹是椭圆,则
叫做椭圆偏振光;如果是圆，则叫圆偏振光.
◆利用下图所示装置可以获得椭圆偏振光和圆偏振光.
从起偏器得到的线偏振光，经
过晶片后，成为相互垂直的o光
所以透射光的振幅
，A由 于A1光强A0与co光s振幅平方成正比，故有
I A2 cos2
I 0 A02
所以 I I0 cos2
与此前观察结论一致
例题 20-1有两个偏振片，其中一个用作起偏器，另一个用 作检偏器.（1）它们的偏振化方向间夹角为30o时观测一束自 然光，当它们间的夹角为60o时光测另一束自然光，发现从 检偏器透过的两束光强相等，求自然光的强度比;（2）如果 投`
暗视场，该角即为 。
第二十章 光的偏振
迎着光的传播方向观察，光矢量的振动方向按逆时针方 向旋转，称为左旋偏振光，相应物质称左旋物质；反之为右 旋偏振光，相应物质称右旋物质。
实验证明：振动面旋转的角度 与材料的厚度d 、浓度C 、
入射光的波长 以及温度有关。
对于固体： d
为旋光率，与旋光物质、入
光振动垂直板面
光振动平行板面
第二十章 光的偏振
四 部分偏振光
在垂直于传播方向的平面 上,一些方向的光振动比另一
些方向的光振动占优势。
部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、
不相干的线偏振光。
部分偏振光的表示法：
··
平行板面的 光振动较强
·· ····
垂直板面的 光振动较强
表达式:
I I 0 cos2
(I:透射光强 Io :入射光强 :偏 振化方向夹角)
证明:
马吕斯定律证明用图
第二十章 光的偏振
MM 表示入射线偏振光的光振方向, NN表 示检偏器偏振化方向，两者的
夹角为
和 A2
A.将0，s入in其射中光只光有矢平量行于分检解A偏0为器两偏个振相化互方垂向直的的分N量分N量 可A通1A1过检A偏0 c器os.
n1
n2 (各向异
性媒质) γo
γe
非常光线(e光):不遵守折射定律。它的折射率随方向而变
化，并且不一定在入射面内传播 。
o光和e光都是线偏振光,且振动方向相互垂直。
第二十章 光的偏振
三 晶体的光轴和主截面
1 晶体的光轴 在晶体中不发生双折射现象的特殊方向称做晶体的 光轴. 沿光轴方向o光和e光的折射率相等 晶体分单轴晶体与双轴晶体