1、,19.1 自然光與偏振光,一、光的偏振性,波的偏振性 定義：振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性稱為偏振性。 說明：只有橫波才具有偏振現(xiàn)象，偏振現(xiàn)象是橫波區(qū)別于縱波的最明顯的特征。,偏振態(tài)： 在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)光矢量的各種振動狀態(tài),第十九章 光的偏振,2/26,1.線偏振光,在垂直光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只沿一個固定的方向振動，這種光叫線偏振光。,線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解：兩個相干的線偏振光的疊加,線偏振光的圖示方法,3/26,2.自然光,自然光的圖示：,在垂直光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量大小在所有方向上都相等，各光矢量之間沒有固定的位相關(guān)系，為自然光。,一束自然光可分解為兩束

2、振動方向相互垂直的、等幅的、沒有固定相位差（不相干）的線偏振光。,4/26,3.部分偏振光,部分偏振光是介于偏振光和自然光之間的情形， 部分偏振光都可看成自然光和線偏振光的混合。,部分偏振光圖示：,或,部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。,5/26,4.圓偏振光和橢圓偏振光,若光矢量大小不斷改變，其端點在垂直傳播方向的平面內(nèi)的投影為橢圓(圓)，這種光叫橢圓(圓)偏振光。,橢圓偏振光可以看成兩個頻率相同,互相垂直,有一定相位差的線偏振光的合成。,滿足橢圓方程：,仍為線偏振光,橢圓偏振光,右旋,左旋,6/26,5.偏振度,線偏振光,(圓偏)自然光,部分偏振光,橢圓

3、偏振光,7/26,19.2 起偏與檢偏 馬呂斯定律,1、基本概念 起偏：從自然光獲得偏振光 起偏器：起偏的光學(xué)器件 起偏的原理：利用某種光學(xué)的不對稱性 e.g. 利用二色性(選擇性吸收),一、偏振片 起偏和檢偏,偏振片：片狀的起偏器,微晶型,分子型,8/26,2、起偏器與檢偏器 器偏器：產(chǎn)生偏振光 檢偏器：檢驗偏振光,檢偏方法 方法：轉(zhuǎn)動偏振片，觀察透射光強度的變化。 自然光：透射光強度I 不變 線偏振光：周期 0I Imax 部分偏振光：周期 Imin I Imax,9/26,二、馬呂斯定律,10/26,I3如何變化？,11/26,5.3 反射和折射起偏 布儒斯特定律,反射光是以垂直于入射面

4、的光振動為主的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振動為主的部分偏振光。,自然光在兩種各向同性介質(zhì)的分界面上反射和折射,布儒斯特定律,入射角滿足 時,反射光是線偏振光，振動垂直入射面,布儒斯特角,起偏角,由折射定律,折射光是部分線偏振光。,12/26,自然光從空氣玻璃,玻璃片堆,（C） 用偏光鏡消除了反射偏振光,使玻璃門內(nèi)的人物清晰可見,（A） 玻璃門表面的反光很強,（B） 用偏光鏡減弱了反射偏振光,13/26,討論下列光線的反射和折射（起偏角 ）.,14/26,例：自然光I0與線偏振光I1同時垂直入射到偏振片P1上， P2繞軸 轉(zhuǎn)動，求出射光強度的變化。,解：,例：一束光是自然光與線偏振光

5、的混合，當(dāng)它通過一偏振片時， 透射光的強度取決于偏振片的取向，可以變化5倍。求入射 光中兩種光的強度各占總?cè)肷涔鈴姸鹊谋壤?解：,線偏振光,自然光,15/26,5.4 晶體雙折射偏振棱鏡,一、雙折射現(xiàn)象,白紙上涂一個黑點，將方解石放在紙上，可觀察到兩個黑點，旋轉(zhuǎn)方解石，一個黑點不動，另一個黑點旋轉(zhuǎn)。,當(dāng)一束自然光穿過方解石等晶體時，分成兩條折射光的現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象。,這兩條光線（尋常光和非常光）都是線偏振光。,16/26,二、晶體基本概念,光軸：當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)生雙折射， 該方向稱為晶體的光軸。例如方解石的光軸方向,單軸晶體：只有一個光軸 方解石 石英,雙軸晶體：有兩個

6、光軸的晶體 云母 藍寶石,主平面：晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。,主截面：晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。,通?？紤]入射光的入射面和晶體的主截面重合情況， o光與e光的主平面相重合， o光與e光的振動方向相互垂直。,17/26,三、惠更斯原理對雙折射的描述,1.晶體的主折射率 正晶體 負(fù)晶體,光矢量振動方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同。,o光,e光,n0 ，ne稱為晶體的主折射率,正晶體 : ne no,負(fù)晶體 : ne no,(e o),(eo),18/26,2.惠更斯作圖法（負(fù)晶體為例）,光軸 界面，自然光正入射,自然光,O光,e光,e 光的速度等于O光速度,光軸

7、 界面，自然光正入射,光軸,自然光,O光,e光,e 光的速度大于O 光速度,光軸 界面，自然光斜入射,O光,e光,光軸與界面斜交，自然光正入射,19/26,尼克耳棱鏡: o光全反，e光全透,格蘭湯姆孫棱鏡 ：o光全透，e光全反,e 光,O 光,光軸,三、晶體偏振器件（自然光入射）,20/26,沃拉斯頓棱鏡,兩個由方解石制成的 直角棱鏡膠合而成,(負(fù))晶體薄片，光軸平行于薄片表面，光線正入射,四、晶體波片(線偏振光入射),出射光：一般為橢圓偏振光,線偏振光,橢圓偏振光,晶體入射面：分解為兩線偏振光的疊加,晶體出射面：兩線偏振光之間出現(xiàn)相位差,21/26,1.四分之一波片,光軸,線偏振光的振動面轉(zhuǎn)

8、過2 角,2.二分之一波片,線偏振光,橢圓偏振光,光軸平行橢圓的長軸或短軸,正橢圓偏振光,圓偏振光,3.全波片,22/26,19.5 橢圓偏振光和圓偏振光 的 獲得與 檢驗,光偏振狀態(tài)的檢驗,第一步：用偏振片,線偏振光，自然光，圓偏振光，部分偏振光，橢圓偏振光,偏振片(轉(zhuǎn)動),線偏振光, I 變、有消光,圓偏振光,自然光,I 不變,部分偏振光, I 變、無消光,橢圓偏振光,第二步：再用1/4波片 + 偏振片,四分之一波片,偏振片(轉(zhuǎn)動),自然光,圓偏振光,自然光,I 不變,線偏振光,有消光,橢圓偏振光,線偏振光*,有消光,部分偏振光,部分偏振光,I 變無消光,23/26,19.6 偏振光的干涉

9、,1.典型裝置,甲區(qū)：,線偏振光， 振幅A1，光強,乙區(qū)：,光軸,兩束線偏振光,一束橢圓偏振光,丙區(qū)：,與晶體種類波長波片厚度有關(guān),24/26,若P1與P2平行,無附加相位差,若晶體種類、波長確定 “等厚干涉”,2.色偏振,若白光入射：有的波長干涉相消，有的波長干涉相張，屏上呈現(xiàn)出一定的色彩，這種現(xiàn)象叫色偏振,檢驗材料有無雙折射效應(yīng),分析物質(zhì)內(nèi)部的某些結(jié)構(gòu),偏光顯微術(shù),25/26,19.7-8 光彈效應(yīng) 電光效應(yīng) 旋光,入射自然光,透明的各向同性介質(zhì)在機械應(yīng)力作用下，顯示出光學(xué)上的各向異性，與OO為光軸的雙折射類似，這種現(xiàn)象叫做光彈效應(yīng)。,實驗表明，在一定脅強范圍內(nèi)：,S為材料受力的面積,k為脅強光學(xué)系數(shù),26/26,電光效應(yīng),某些各向同性的透明介質(zhì)（如非晶體和液體），在外電場的作用下