1、光的偏振,8-9,1,8-9 光的偏振,一、自然光和偏振光,一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的光振動。,自然光的表示法：,沒有一個方向的光振動占有優(yōu)勢。,1.自然光,沒有優(yōu)勢方向,由于普通光原中單個原子發(fā)光的獨立性、隨機性和間歇性，大量原子發(fā)出的光，沒有一個方向的光振動占有優(yōu)勢，各個方向光矢量E的振幅相等。,2,振動面：光矢量的振動方向與光的傳播方向構(gòu)成的平面。,偏振:光矢量的振動方向相對傳播方向的不對稱性。,2. 線偏振光和部分偏振光,偏振方向:光矢量 的方向,3,光矢量只沿一個固定方向振動。,一束線偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的線偏振光。,線偏振光(完全偏振光、平面偏振

2、光),4,線偏振光的表示法：,5,部分偏振光 某個方向的光振動占有優(yōu)勢。,部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的線偏振光。,部分偏振光的表示法：,部分偏振光的分解,部分偏振光,自然光與線偏振光的混合。,6,偏振度：,討論：,部分偏振光,自然光,完全偏振光,完全偏振光強度,自然光強度,7,3、 橢圓偏振光和圓偏振光,圓偏振光：光振動方向隨時間變化,橢圓偏振光：光振動方向和幅度都隨時間變化,光矢量端點的運動軌跡是圓。,光矢量端點的運動軌跡是橢圓。,8,迎著光傳播方向看，光矢量端點沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的稱為左旋偏振光；沿順時針方向旋轉(zhuǎn)的稱為右旋偏振光。,圓偏振光,線偏振光,橢圓偏振光,橢圓偏

3、振光和圓偏振光都是完全偏振光。,9,橢圓偏振光和圓偏振光都是完全偏振光，均可等效為兩個具有恒定相位差、相同振動頻率、振動方向相互垂直的線偏振光。,任何兩束傳播方向相同、頻率相等、相位差恒定、振動方向相互垂直的線偏振光疊加時，都將形成橢圓偏振光或圓偏振光。,10,二、起偏和檢偏,起偏：使自然光（或部分偏振光）變成線偏振光的過程。,檢偏：檢查入射光的偏振性。,1、偏振片的起偏和檢偏,將待檢查的入射光垂直入射偏振片，緩慢轉(zhuǎn)動偏振片，觀察光強的變化，確定光的偏振性。,11,線偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化，有消光現(xiàn)象,12,自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變。,13,部分偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，

4、 光強發(fā)生變化。,14,三、 馬呂斯定律,馬呂斯定律（1809）,-線偏振光的振動方向與檢偏器的偏振化方向 之間的夾角。,線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解,15,I不變是什么光？,I變，有消光是什么光？,I變，無消光是什么光？,討論,消光,16,例 在偏振化方向正交的起偏器M和檢偏器 N 之間，插入一片以角速度 旋轉(zhuǎn)的偏振片 P，入射自然光強為 , 試求由系統(tǒng)出射的光強是多少？,17,偏振片P每旋轉(zhuǎn)一周，輸出光強有“四明四零”。,（1）4t =00, 3600， 23600， 33600時，,t =450,1350,2250,3150時，輸出光強為 。,t =00,900,1800,2700

5、時，輸出光強為零。,（2）4t =1800, 31800， 51800， 71800時，,18,四、布儒斯特定律-反射光和折射光的偏振,反射和折射過程會使入射的自然光一定程度的偏振化。,偏振化程度與入射角和兩種介質(zhì)的折射率有關(guān)。,19,反射光是振動方向垂直于入射面的線偏振光。,布儒斯特發(fā)現(xiàn)：當入射角等于某一特定值i0時，,且反射光傳播方向與折射光傳播方向垂直。,20,最后獲得兩束振動面互相垂直的線偏振光,利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光,21,當一束光入射到各向同性透明介質(zhì)表面時：,1、雙折射現(xiàn)象,五、 晶體的雙折射,當一束光入射到某些各向異性的透明介質(zhì)表面時：,22,光,光,當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時 o光

6、不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn),雙 折 射,紙面,方解石 晶體,23,光,光,雙 折 射,當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時 o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn),紙面,方解石 晶體,24,光,光,當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時 o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn),雙 折 射,紙面,方解石 晶體,25,光,光,當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時 o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn),雙 折 射,紙面,方解石 晶體,26,一束光射到各向異性介質(zhì)后折射成兩束不同方向的光的現(xiàn)象。雙折射現(xiàn)象,尋常光：對于晶體一切方向都具有相同的折射率 ( 即波 速相同），且在入射面內(nèi)傳播，簡稱它為O光。,尋常光線(o光) -遵守折射定律,非常光：它的折射率（即波速）隨方向而變化，并且 不一定在入

7、射面內(nèi)傳播，簡稱為 e 光。,非常光線(e光) -不遵守折射定律,o光和e光都是線偏振光。,27,2 、光軸與主平面,當光在晶體內(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。,“光軸”是一特殊的“方向”,不是指一條直線。 凡平行于此方向的直線均為光軸。,單軸晶體：只有一個光軸的晶體,雙軸晶體：有兩個光軸的晶體,方解石、石英、紅寶石、冰等。,云母、硫磺、藍寶石等。,28,主平面：晶體中某條光線與晶體光軸構(gòu)成的平面。,o光的振動方向垂直于o光的主平面。,e光的振動方向平行于e光的主平面。,晶體主截面：晶面法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。,當入射光線在晶體主截面內(nèi)時，o光和e光的主平面與晶體主

8、截面重合，這時o光和e光的振動方向嚴格垂直。實際上大多數(shù)情況下， o光和e光的主平面夾角都很小，因此o光和e光的振動方向可認為是垂直的。,29,主折射率:,o光的傳播速率用 表示, 其折射率用 表示.,e光沿垂直于光軸方向上的傳播速率用 表示,折射率用 表示。,30,3. 尼科耳棱鏡,光軸在ABCD平面內(nèi)方向與AB成480，入射面取ABCD面,將兩塊根據(jù)特殊要求加工的方解石棱鏡用折射率為n=1.55的加拿大樹膠粘合成一長方柱形棱鏡。,O光入射角大于其臨界角arc sin(1.55/1.658)=69012，被全反射，在BD處為涂黑層所吸收。,出射光為偏振光e光。,方解石的折射率n0=1.658

9、,31,六. 波片 橢圓偏振光和圓偏振光的獲得,波片(波晶片)：,光軸平行表面的晶體薄片。,32,通過厚為d的晶片，o光、e光產(chǎn)生光程差和相位差：,振幅關(guān)系,從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動方向相互垂直、頻率相等、相位差為 的線偏振光，它們合成為一束橢圓偏振光。,33,(1) 四分之一波片, 線偏振光圓偏振光, 線偏振光線偏振光,從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光., 線偏振光橢圓偏振光,34,(2) 二分之一波片,使線偏振光振動面轉(zhuǎn)過2角度,35,偏振光的干涉,8-10,36,8-10 偏振光的干涉,一. 偏振光干涉裝置,二. 偏振光干涉的分析,1. 振幅關(guān)系,37,在P2 后，兩束光振動方向平行，振幅為：,是一對振幅相等的相干光,通過晶體C后,此兩束光合成為一束橢圓偏振光,通過P2 后,（若P1