一、偏振光與自然光第一節(jié)偏振光概述1、自然光

具有一切可能的振動(dòng)方向的許多光波之和。

特點(diǎn)：振動(dòng)方向無(wú)規(guī)則性。表示：可用兩個(gè)振動(dòng)方向垂直的、強(qiáng)度相等的、位相關(guān)系不確定的光矢量表示。

自然光第九章光的偏振和偏振器件偏振光方程：2、偏振光：

光矢量的振動(dòng)方向和振幅大小有規(guī)則變化的光。

線(xiàn)偏振光：光矢量方向不變，其大小隨位相變化。圓偏振光：光矢量大小不變，其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，且矢量末端軌跡為圓。

橢圓偏振光：光矢量大小和方向都在有規(guī)律地變化，且矢量末端軌跡為橢圓。偏振光分類(lèi)

線(xiàn)偏振光振動(dòng)平面：光矢量與傳播方向組成的平面稱(chēng)為線(xiàn)偏振光的振動(dòng)平面。zxy沿x方向振動(dòng)，大小發(fā)生變化

圓偏振光左旋右旋z振動(dòng)方向改變，大小不變

橢圓偏振光左旋橢圓光右旋橢圓光z振動(dòng)方向和大小都變，軌跡為橢圓自然光部分偏振光3、部分偏振光：自然光在傳播過(guò)程中，由于外界的作用造成振動(dòng)方向上強(qiáng)度不等，使某一方向上的振動(dòng)比其它方向上的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。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：二、偏振光的產(chǎn)生

主要方法：

1、利用反射和折射2、利用二向色性3、利用晶體雙折射偏振分光鏡

ZnS(n2)冰晶石(n1)45。n3制作原理n3膜層厚度層數(shù)1、由反射和折射產(chǎn)生偏振光入射角滿(mǎn)足布儒斯特角二向色性：各向異性的晶體對(duì)不同振動(dòng)方向的偏振光有不同的吸收比。各向異性的晶體對(duì)光的吸收本領(lǐng)隨波長(zhǎng)改變（選擇吸收特性）外，還隨光矢量相對(duì)晶體的方位而改變。2、由二向色性產(chǎn)生偏振光人造偏振片：H偏振片和K偏振片三、偏振光的檢測(cè)和馬呂斯定律如果一入射線(xiàn)偏振光的電矢量振動(dòng)方向和檢偏器的透光軸成q角，則通過(guò)檢偏器之后的光強(qiáng)I為：起偏器：用來(lái)產(chǎn)生偏振光的偏振器件。檢偏器：用來(lái)檢驗(yàn)偏振光的偏振器件。EcosqEsinqy（透光軸方向）xq消光比：最小透射光強(qiáng)和最大透射光強(qiáng)之比。消光比與最大透射比（透過(guò)的最大光強(qiáng)之比）——評(píng)價(jià)偏振器性能的主要參數(shù)。消光比小，最大透射比大，偏振器質(zhì)量高驗(yàn)證馬呂思定律的實(shí)驗(yàn)裝置：自然光起偏器檢偏器光電接收器P1P2Ecos1.定義當(dāng)一束單色光在各向異性晶體的界面折射時(shí)，可以產(chǎn)生兩束折射光，這種現(xiàn)象稱(chēng)為雙折射。2.尋常光（o光）和非尋常光（e光）兩束折射光中，遵守折射定律的光稱(chēng)為尋常光（o光）；另外一束不遵守折射定律的光稱(chēng)為非尋常光（e光）。均為線(xiàn)偏振光說(shuō)明：1〕o光和e光與晶體密不可分2〕折射定律的含義一、晶體的雙折射現(xiàn)象第二節(jié)光在晶體中的傳播雙折射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)：1669丹麥科學(xué)家巴塞林納斯二、晶體特性方解石晶體（CaCO3）鈍隅折射定律有兩個(gè)含義：A.入射角和折射角的關(guān)系；B.入射光線(xiàn)和折射光線(xiàn)與法線(xiàn)同在一個(gè)平面。1、光軸：在雙折射晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)光束在這個(gè)方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，此方向稱(chēng)為晶體的光軸。在光軸方向上，o光和e光都遵守折射定律。而且：

no=ne三、光線(xiàn)垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象a)晶體表面平行于光軸b)晶體表面平行于光軸c)晶體表面傾斜于光軸d)晶體表面垂直于光軸(a)光軸eeAoAAoA入射光O’光線(xiàn)垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象(晶體表面平行于光軸)EOE’（b）光軸eeAoAAoA入射光O’光線(xiàn)垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象(晶體表面平行于光軸)EO(c)光軸eeAoAAoA入射光E’O’光線(xiàn)垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象EOAA’(d)光軸eeAoAAoA入射光O’光線(xiàn)垂直入射時(shí)的雙折射現(xiàn)象(晶體表面垂直于光軸)EOE’一、偏振器件尼科耳棱鏡（W.Nicol）材料：方解石1.偏振起偏棱鏡自然光入射，其中一束線(xiàn)偏振光發(fā)生全反射，只出射另一束偏振光第三節(jié)晶體偏振器件作用：產(chǎn)生偏振光或檢測(cè)偏振光。加拿大樹(shù)膠O光全反射，透出的偏振光的光矢量與入射面平行—e光格蘭－湯姆遜（Glan-Thompson）棱鏡光垂直于棱鏡端面入射時(shí)方解石直角棱鏡膠合劑e光o光樹(shù)膠折射率接近非尋常光折射率當(dāng)入射光束不是平行光或平行光非正入射時(shí)加拿大樹(shù)膠長(zhǎng)寬比：孔徑角：長(zhǎng)寬比：孔徑角：孔徑角：甘油長(zhǎng)寬比：格蘭－付科（Glan-foucault）棱鏡空氣薄層優(yōu)點(diǎn)：適用于紫外波段，能承受強(qiáng)光照射缺點(diǎn)：孔徑角小，透射比不高e光o光渥拉斯頓棱鏡（Wollaston）：

利用兩個(gè)正交的光軸分解光。材料：冰洲石，石英2.偏振分束棱鏡——也稱(chēng)為雙像棱鏡ff改變振動(dòng)方向互相垂直的兩束線(xiàn)偏振光的傳播方向，獲得兩束分開(kāi)的線(xiàn)偏振光ABCD洛匈棱鏡材料：石英只允許光從左方射入棱鏡??！二、波片（位相延遲器）作用：o光和e光通過(guò)波片時(shí)的光程差與位相差：D為波片厚度。使兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直的光產(chǎn)生位相延遲。制作：用單軸透明晶體做成的平行平板，光軸與表面平行。自然光起偏器檢偏器PAxy波片光軸快軸和慢軸：快軸：稱(chēng)晶體中傳播速度快的光矢量方向?yàn)榭燧S。慢軸：稱(chēng)晶體中傳播速度慢的光矢量方向?yàn)槁S。波片最常用的材料：云母，石英，聚乙烯醇薄膜則稱(chēng)該波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：若當(dāng)n0>ne時(shí)，e光超前，波片的快軸為e矢量方向。1、/4波片性質(zhì)：1)線(xiàn)偏振光入射時(shí)，出射光為橢圓偏振光2)與快慢軸都成45度線(xiàn)偏振光入射，出射光為圓偏振光3)可以使圓偏振光或橢圓偏振光變成線(xiàn)偏振光4)對(duì)某一特定波長(zhǎng)的光產(chǎn)生某一特定的相位變化5)自然光入射，出射光為自然光O光和e光產(chǎn)生的光程差稱(chēng)該晶片為二分之一波片。2、/2波片性質(zhì)：1）橢圓偏振光入射時(shí)，出射光仍為橢圓偏振光，只是旋向相反；2）線(xiàn)偏振光入射時(shí)，出射光仍為線(xiàn)偏振光。若入射的線(xiàn)偏振光與快（慢）軸夾角為，出射光的振動(dòng)方向向著快（慢）軸轉(zhuǎn)動(dòng)了2。線(xiàn)偏振光通過(guò)半波片后光矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)入射時(shí)快（慢）軸出射時(shí)3、全波片稱(chēng)該晶片為全波片。性質(zhì)：1）不改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)；2）只能增大光程差。一、偏振光的變換第四節(jié)偏振光的變換和測(cè)定1、橢圓偏振光的獲得方法：采用起偏器和/4波片從自然光中獲得自然光線(xiàn)偏光橢圓偏振光?波片xy快軸起偏器2、偏振光的檢驗(yàn)

方法：利用位相延遲器和偏振器檢偏器橢圓偏振光部分橢圓偏光部分線(xiàn)偏光光強(qiáng)變化，但不消光。檢偏器橢圓偏振光部分線(xiàn)偏光部分橢圓偏光1/4波片有兩個(gè)消光位置轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器波片轉(zhuǎn)過(guò)45?光強(qiáng)不變光強(qiáng)變化，但不消光轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器二、偏振光的測(cè)定線(xiàn)偏振光的測(cè)定

含義：確定是否是線(xiàn)偏振光；測(cè)定線(xiàn)偏振光的振動(dòng)方向。出發(fā)點(diǎn)：馬呂斯定律半影式檢偏器：用以提高檢偏器方位的定位精度。PHAy半影式檢偏器工作原理xOAP1’P2’H1H2三、光偏振應(yīng)用

光的偏振調(diào)制利用光經(jīng)過(guò)各向異性物質(zhì)的雙折射現(xiàn)象。光彈效應(yīng)：某些非晶體材料通常情況下是各向同性的，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，當(dāng)受到外力作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，當(dāng)外力除去時(shí)，雙折射隨之消失。光彈效應(yīng)測(cè)力計(jì)的基本結(jié)構(gòu)為使電流I和F成接近線(xiàn)性關(guān)系，光電測(cè)力計(jì)光路中放有若干云母片7，用以產(chǎn)生附加光程差。本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容回顧1.偏振光的定義與分類(lèi)（線(xiàn)偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光、部分偏振光及偏振度）。2.偏振光的產(chǎn)生（利用反射和折射、利用二向色性、利用散射、利用晶體雙折射、馬呂斯定律和消光比）3.光在晶體中的傳播（晶體的雙折射現(xiàn)象、光線(xiàn)垂直入射晶體表面時(shí)的雙折射現(xiàn)象）。4.晶體偏振器件工作原理（偏振起偏棱鏡、偏振分束棱鏡、波片）。5.偏振光的變換、檢驗(yàn)和測(cè)定。2、o光和e光的主平面（單軸晶體）

o光主平面：o光和晶體光軸組成的面為o主平面。o光振動(dòng)方向垂直于o主平面?？偱c光軸垂直

e光主平面：e光和晶體光軸組成的面為e主平面。e光振動(dòng)方向位于e主平面。與光軸的夾角隨著傳播方向的不同而改變。3、主截面：由光軸和晶體表面法線(xiàn)組成。當(dāng)光線(xiàn)在主截面入射（不與光軸重合）時(shí)，在晶體內(nèi)o光和e光都在主截面內(nèi)，但no和ne不等。（o光和