一、光的偏振性,1.自然光,2.完全偏振光,(1)線偏振光,（2）圓偏振光,(3)橢圓偏振光,3部分偏振光,1光的偏振態(tài)基本概念,二、光的偏振態(tài)分類(lèi),光的波動(dòng)性光的干涉、衍射.光波是橫波光的偏振.,機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別,機(jī)械波穿過(guò)狹縫,一、光的偏振性,光是橫波光波又是電磁波，光矢量E的振動(dòng)稱(chēng)為光振動(dòng)。光矢量的振動(dòng)狀態(tài)叫做光波的偏振態(tài).,光波按偏振態(tài)來(lái)劃分，可分為三大類(lèi)：,(1)自然光，,(2)完全偏振光，,(3)部分偏振光.,二、光的偏振態(tài)分類(lèi),1.自然光（非偏振光）,普通光源中包含許許多多分子和原子,不同的原子或分子所發(fā)光波,或同一原子不同時(shí)刻所發(fā)光波,其振動(dòng)方向振幅,初始相位各不相同.,在垂直于光傳播方向的平面內(nèi),在觀測(cè)最小時(shí)間間隔內(nèi),光振動(dòng)在各個(gè)方向的幾率相同,沒(méi)有那一個(gè)方向占更大優(yōu)勢(shì).我們稱(chēng)這種光為自然光.,用來(lái)表示垂直于光傳播方向的平面內(nèi),光振動(dòng)方向的矢量圖,叫做迎光矢量圖.該圖表示迎著光傳播方向看到的光振動(dòng)的情況.在迎光矢量圖上,自然光是一些均勻分布的輻射線.,自然光等效為兩振幅相等、互相垂直的、無(wú)相位關(guān)系的線偏振光,自然光的兩種表示方法,注意（1）二互相垂直的方向是任選的；（2）各光矢量間無(wú)固定的相位關(guān)系。,令自然光的強(qiáng)度為I0，根據(jù)非相干疊加，有,左圖中線段表示光振動(dòng)平行于圖面的線偏振光,點(diǎn)子表示光振動(dòng)垂直于圖面.,線偏振光,2.完全偏振光,(1)線偏振光,在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)，光振動(dòng)只改變振幅大小，不改變方向，它的端點(diǎn)的軌跡是一條直線.這種光稱(chēng)為線偏振光。另外，光矢量總是在一個(gè)固定的平面內(nèi),所以這種偏振光又叫做平面偏振光.,在迎光矢量圖上,線偏振光是一直線,（2）圓偏振光,在垂直于光傳播方向的固定平面內(nèi)，光矢量的大小不變,但隨時(shí)間以角速度旋轉(zhuǎn),其末端的軌跡是圓.這種光叫做圓偏振光.,右旋圓偏振光:迎光的傳播方向看，光矢量順時(shí)針轉(zhuǎn)。反之,叫做左旋圓偏振光.,在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，右旋圓偏振光的光矢量隨時(shí)間變化順時(shí)針旋轉(zhuǎn),(3)橢圓偏振光,在垂直于光傳播方向的固定平面內(nèi),光矢量的方向和大小都在隨時(shí)間改變,光矢量的端點(diǎn)描出一個(gè)橢圓,這樣的偏振光叫做橢圓偏振光.,左旋橢圓偏振光光矢量隨時(shí)間逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),兩相互垂直同頻率不同相位差簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的合成圖,3部分偏振光,由自然光和完全偏振光組成的光，叫做部分偏振光（或某一方向的光振動(dòng)比與之垂直方向上的光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的光為部分偏振光）。.,(1)自然光+線偏振光，,(2)自然光+圓偏振光，,(3)自然光+橢圓偏振光，,共有以上三種部分偏振光.,2馬呂斯定律與布儒斯特定律,2.菲涅耳公式,3.布儒斯特定律,1.馬呂斯定律,（1）偏振片起偏與檢偏,二向色性:某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng),而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過(guò),這種性質(zhì)稱(chēng)二向色性.,偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片.,偏振化方向：當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過(guò)。,1.馬呂斯定律,檢偏,（2）馬呂斯定律（1880年）,馬呂斯定律強(qiáng)度為的偏振光通過(guò)檢偏振器后,出射光的強(qiáng)度為,若在間變化，如何變化？,2.布儒斯特定律,1808年，馬呂斯發(fā)現(xiàn)，自然光在介質(zhì)上反射、折射時(shí)，有偏振現(xiàn)象發(fā)生，即反射光與折射光都是部分偏振光。而反射光中垂直分量占多數(shù)。,1813年，布儒斯特發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射光以一定角度入射時(shí)，反射光為完全偏振光，只有垂直入射面的振動(dòng)分量，這個(gè)現(xiàn)象稱(chēng)為布儒斯特定律。,入射面入射光線和法線所成的平面.,反射光部分偏振光，垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng).,折射光部分偏振光，平行于入射面的振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng).,理論和實(shí)驗(yàn)證明：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān).,（1）光反射與折射時(shí)的偏振,1）反射光和折射光互相垂直.,2）根據(jù)光的可逆性，當(dāng)入射光以角從介質(zhì)入射于界面時(shí)，此角即為布儒斯特角.,討論下列光線的反射和折射（起偏角）.,討論如圖的裝置為偏振片，問(wèn)下列四種情況，屏上有無(wú)干涉條紋？,1）去掉保留2）去掉保留3）去掉保留4）都保留.,無(wú)（兩振動(dòng)互相垂直）無(wú)（兩振動(dòng)互相垂直）無(wú)（無(wú)恒定相位差）有,3.35晶體的雙折射（要點(diǎn)）,晶體的雙折射現(xiàn)象,光在單軸晶體中的波面圖,(1)負(fù)晶波面圖,(2)正晶的波面圖,用惠更斯原理確定反射和折射光傳播方向,(1)作圖法確定光在各向同性介質(zhì),(2)用惠更斯作圖法確定光在晶體,界面上的反射和折射光方向.,中的傳播方向.,晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn),尋常光(O光)不動(dòng),非常光(e光)隨著晶體旋轉(zhuǎn).,1.晶體的雙折射現(xiàn)象,一束單色自然光垂直入射于晶體的表面,進(jìn)入晶體后,變?yōu)閮墒?,光軸:,晶體中有一個(gè)方向,光沿這個(gè)方向傳播不發(fā)生雙折射,這個(gè)方向叫做光軸.(也叫晶軸),例如：天然方解石晶體一六面棱體,每一面都是菱形,大角約為1020,小角約為780.,2晶體的光軸、主截面和主平面,尋常光和非常光特點(diǎn):,尋常光（O光）：,(1)是振動(dòng)面垂直與自己的主平面的線偏振光;,(3)沿各個(gè)方向折射率相同,傳播速度相同.,單軸晶體:,方解石,冰，石英，紅寶石等。,(2)符合折射定律和反射定律;,非常光(e光):,(1)是振動(dòng)面平行于自己的主平面的線偏振光;,(2)一般不符合折射定律,在垂直于光軸的方向,(3)沿不同的方向折射率不同,傳播速度不同.,當(dāng)o光和e光的主平面相互平行時(shí),兩光的振動(dòng)面互相垂直.,對(duì)于e光,沿垂直于光軸的方向的折射率稱(chēng)為主折射率,記為ne.,傳播時(shí)符合折射定律.,沿光軸的方向折射率和速度與O光相同.,3晶體中o光與e光的相對(duì)光強(qiáng),自然光入射：o光與e光的光強(qiáng)相等；,線偏振光入射，如圖：主平面為xz平面,z,z,由圖分析可得：,4.光在單軸晶體中的波面圖,晶體可分為正晶和負(fù)晶.,neno的晶體,叫做正晶.如石英.,neno的晶體,叫做負(fù)晶.如方解石.,對(duì)于鈉黃光,方解石晶體的折射率:,e光沿垂直于光軸的方向,折射率最小,速度最大.,(1)負(fù)晶波面圖（以點(diǎn)光源為例）,O-xyz是方解石晶體內(nèi)的三維坐標(biāo)o光在晶體內(nèi)部各個(gè)方向速度相同，所以，經(jīng)過(guò)t時(shí)間o光的波面圖是球面；e光不同方向速度不同，所以波面圖是橢球面。o光和e光在光軸方向上相切。,(2)正晶的波面圖,e光波面圖是長(zhǎng)軸為vet,短軸為vot,在光軸方向上外切球面的橢球面.,鈉黃光在石英晶體內(nèi)折射率:,一偏振棱鏡,1.尼科耳棱鏡(作用與偏振片同.),進(jìn)入晶體發(fā)生雙折射,O光被涂黑的界面吸收,線偏振光,利用晶體雙折射現(xiàn)象，將晶體制成各種偏振棱鏡獲取線偏振光。特點(diǎn)：透明度好，偏振度高。,3.格蘭棱鏡,格蘭湯普森棱鏡,光軸,插頁(yè),插頁(yè),2屋拉斯頓棱鏡,方解石,加拿大樹(shù)膠,1.685,二波晶片,將單軸晶體切成的有一定厚度的晶體片，使其光軸平行于表面，叫做波片當(dāng)光垂直通過(guò)波片時(shí)，在波片內(nèi)分解為o光e光，因在晶體內(nèi)垂直于光軸傳播，所以o光e光的傳播速度不同，這樣，傳播到波片的后表面o光e光就有了附加的相位差,光程差,o光e光的相位差為：,(1)全波片(或片),當(dāng),結(jié)論：o光與e光相位差2，經(jīng)波片后出射光偏振態(tài)不發(fā)生改變。,當(dāng),(2)半波片(或/2片),稱(chēng)為二分之一波片.,結(jié)論：o光與e光相位差，線偏振光經(jīng)波片后振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)2角。,(3)四分之一波片(或/4片),時(shí),稱(chēng)為四分之一波長(zhǎng)片.,綜上所述可見(jiàn),同一種波片可以有不同的厚度.此外,波片的厚度還與波長(zhǎng)有關(guān).,三波片的應(yīng)用,自然光如何變?yōu)闄E圓偏掁光或圓偏掁光偏掁態(tài)的檢驗(yàn),實(shí)際上，完全偏振光可以由兩個(gè)互相垂直的，有相位關(guān)系的,同頻率的線偏振光合成.反之,一完全偏振光也可以分解為兩個(gè)任意方向,相互垂直,有相位關(guān)系的同頻率的線偏振光.,1）自然光轉(zhuǎn)化為橢圓偏掁光：一個(gè)起偏器一塊波片（稱(chēng)為橢圓偏掁器）2）自然光轉(zhuǎn)化為圓偏掁光：一個(gè)起偏器一塊1/4波片（稱(chēng)為圓偏掁器），要求起偏器的偏振化方向與1/4波片的光軸成45角。,偏振光的檢驗(yàn),用一片已知透振方向的偏振片和一片已知光軸方向的/4波片可以將前一章所討論過(guò)的7種偏振態(tài)的光進(jìn)行鑒別和檢驗(yàn),鑒別的方法列于下表中.,光強(qiáng)變化,線偏振光,表1七種偏振態(tài)的鑒別,步驟1,操作把檢偏器繞著被檢驗(yàn)光旋轉(zhuǎn)一周,判斷,兩明兩零,不變,轉(zhuǎn)步驟2,兩明兩暗,轉(zhuǎn)步驟2,步驟2,在檢偏器前插入/4片,再旋轉(zhuǎn)檢偏器,在檢偏器前插入/4片,并使光軸對(duì)著暗方位,再旋轉(zhuǎn)檢偏器,判斷,兩明兩零,不變,兩明兩暗,圓偏振光,自然光,兩明兩零,橢圓偏光,光強(qiáng)變化,兩明兩暗且暗方位與未插/4波片時(shí)同,兩明兩暗但暗方位與未插/4時(shí)不同,操作,返回首頁(yè),一、平行偏振光的干涉原理,偏振光垂直通過(guò)波片，由于晶體的雙折射現(xiàn)象，按其振動(dòng)方向（或振動(dòng)面）分解為o光和e光，具有相同的振動(dòng)頻率和固定的相位關(guān)系.若將它們投影到同一方向,就能滿(mǎn)足相干條件，實(shí)現(xiàn)偏振光的干涉.,1P1/P2:,二、討論兩種特例,（3）在P2后,振幅為,（4）相干光強(qiáng):,將Ao2,Ae2和代入并整理得,振幅投影相位差:,最后兩光振動(dòng)投影到P2上，形成干涉,（4）討論:,（設(shè)固定不動(dòng).）,出射光強(qiáng)最大.,出射光強(qiáng)最小.,可見(jiàn)，出射光強(qiáng)與有關(guān)，與有關(guān),2P1P2:,（1）透過(guò)P1后，光強(qiáng)：,（2）進(jìn)入波片C后:,波片后表面兩振動(dòng)：,振幅：,附加相位差：,初始相位差,（3）相干光振幅(透過(guò)P2振幅）,振幅投影相位差為：,相干光強(qiáng)；,（4）討論:,出射光強(qiáng)為零.,（若一定）,出射光強(qiáng)最大.,整理得：,同樣，出射光強(qiáng)與有關(guān)，與有關(guān),這兩種情況光強(qiáng)互補(bǔ).,比較：,三.等厚干涉,當(dāng)偏振光的干涉裝置中的晶片厚度不均勻時(shí)，具有相同厚度的地方，將產(chǎn)生同樣的干涉光強(qiáng)，形成等厚干涉花樣,8旋光現(xiàn)象,線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)的角度,（為旋光系數(shù)）,溶液旋光物質(zhì):,（C為溶液濃度）