大学物理第5章 光的偏振PPTPPT学习教案

会计学1大学物理第大学物理第5章章 光的偏振光的偏振PPT光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射 .光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振 .HHESE 根据根据Maxwell电磁理论电磁理论,光是一种电光是一种电磁波磁波,在光与物质相互作用时在光与物质相互作用时,主要是横主要是横向振动着的电场强度矢量向振动着的电场强度矢量(光矢量光矢量)起作起作用。光矢量的各种振动状态使光具有用。光矢量的各种振动状态使光具有各种偏振状态。各种偏振状态。* * 光的偏振状态光的偏振状态* * 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验* * 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 * * 双折射现象双折射现象主要内主要内容容第1页/共55页1. 1. 横波和纵波的区别横波和纵波的区别偏振偏振 纵波：振动方向与传播方向纵波：振动方向与传播方向一致一致，不存在偏振问题；，不存在偏振问题； 横波：振动方向与传播方向横波：振动方向与传播方向垂直垂直，存在偏振问题。，存在偏振问题。定义：定义：振动方向对振动方向对于传播方向的不对于传播方向的不对称性称为偏振性。称性称为偏振性。说明：说明：只有横波才只有横波才具有偏振现象，偏具有偏振现象，偏振现象是横波区别振现象是横波区别于纵波的最明显的于纵波的最明显的特征。特征。机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝一一、光的偏振性光的偏振性5.1 光的偏振状态光的偏振状态 ( Polarization of light )第2页/共55页2.2.光的偏振性：光的偏振性： 光矢量的振动方向总是与光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢光的传播方向垂直的，即光矢量的横向振动状态，相对于传量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性，播方向不具有对称性， 这种这种光矢量的振动相对于光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为传播方向的不对称性，称为光光的偏振性的偏振性。 HHESE光的偏振性说明光波是横波光的偏振性说明光波是横波第3页/共55页非偏振光非偏振光(自然光自然光)完全偏振光（线偏振光）完全偏振光（线偏振光）部分偏振光部分偏振光根据根据偏偏振状态振状态 振动面在空间各个方向高速随机振动面在空间各个方向高速随机变化的，或者说由变化的，或者说由大量振幅相同、各大量振幅相同、各种振动方向都有、彼此没有固定相位种振动方向都有、彼此没有固定相位关系的光矢量的组合叫非偏振光或自关系的光矢量的组合叫非偏振光或自然光。然光。XYZuE E 没没有有优优势势方方向向特点：特点：在垂直光线的平面内，光在垂直光线的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等矢量沿各方向振动的概率均等. .自然光的分解自然光的分解 自然光可以用下图表示自然光可以用下图表示 一束自然光可等效地分解一束自然光可等效地分解为两束振动方向相互垂直的、为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的分振动。等幅的、不相干的分振动。IIIyx21 yxIII 非相干叠加非相干叠加二、偏振态的分类二、偏振态的分类 非偏振光非偏振光(自然光自然光)第4页/共55页振动面振动面uE 光矢量（光矢量（ ）只在一个固定）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光平面内沿单一方向振动的光叫叫线偏振光线偏振光（也称平面偏振光）。（也称平面偏振光）。E光振动方向与传播方向光振动方向与传播方向决定的平面称为振动面决定的平面称为振动面. 线偏振光表示法线偏振光表示法完全偏振光完全偏振光（线偏振光线偏振光）第5页/共55页 完全偏振光和自然光是两种极端情形，介于二者之间完全偏振光和自然光是两种极端情形，介于二者之间的一般情形是部分偏振光。的一般情形是部分偏振光。部分偏振光可以看成部分偏振光可以看成自然光和线偏振光的混合自然光和线偏振光的混合。部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等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。幅的、不相干的线偏振光。 部分偏振光部分偏振光表示法表示法在纸面内的光振动较强在纸面内的光振动较强垂直纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强 部分偏振光部分偏振光第6页/共55页右旋椭圆偏振光右旋椭圆偏振光 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光E随随z的变化的变化E 0 椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光第7页/共55页一、起偏和检偏一、起偏和检偏起偏起偏-从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光叫叫“起偏起偏”。偏振器偏振器（起偏器）（起偏器） -能将自然光变为偏振光的光学器件。能将自然光变为偏振光的光学器件。检偏检偏- -检验一束光是否是检验一束光是否是偏振光偏振光叫叫“检偏检偏”。检偏器检偏器-检偏的光学器件。检偏的光学器件。起偏的原理起偏的原理: : 利用某种形式的不对称性利用某种形式的不对称性, ,如如 （1 1）物质的二向色性（）物质的二向色性（某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称这种性质称二向色性二向色性 . （2 2）散射，）散射， （3 3）反射和折射，）反射和折射， （4 4）双折射）双折射. 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验第8页/共55页偏振片（偏振片（Polaroid） 1928年一位年一位19岁的美国大学生岁的美国大学生 （）发明的。（）发明的。例如：把硫酸碘奎宁的针状粉末有序地蒸镀例如：把硫酸碘奎宁的针状粉末有序地蒸镀在在 透明的基片上。透明的基片上。 起起 偏偏021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器 偏振片偏振片是由自然光是由自然光获得线偏振光获得线偏振光的平面片状器件。的平面片状器件。是是利用晶体的二向色性起偏。利用晶体的二向色性起偏。（对某一方向的光振动有（对某一方向的光振动有强烈吸收）强烈吸收）, ,它只允许某一特定方向的光振动通过它只允许某一特定方向的光振动通过. .第9页/共55页02 I0II 起偏起偏器器1P检偏器检偏器2P21/PP0I偏振片既可偏振片既可“起偏起偏”又可又可“检偏检偏”。第10页/共55页检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器第11页/共55页 设入射光可能是自然光、线偏振光设入射光可能是自然光、线偏振光或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？以光线为轴转动以光线为轴转动P: : I I 不变不变？I I 变，有消光变，有消光？I I 变，无消光变，无消光？自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光I?P待检光待检光讨论讨论第12页/共55页问问 题题0I0 I21PP 02 I一般情况下一般情况下 I =？检偏器检偏器起偏器起偏器0IIE0ENM第13页/共55页马吕斯马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )法国物理学家及军事工程师。出法国物理学家及军事工程师。出生于巴黎。生于巴黎。1808年发现反射光的偏振，确定年发现反射光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律；了偏振光强度变化的规律；1810年被选为巴黎科学院院士，年被选为巴黎科学院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。曾获得过伦敦皇家学会奖章。1811年，他发现折射光的偏振。年，他发现折射光的偏振。二二、 马吕斯定律马吕斯定律第14页/共55页 强度为强度为I I0 0的偏振光，通过的偏振光，通过检偏器后，透射光的强度为：检偏器后，透射光的强度为：I=I0 cos2 其中其中 为检偏器的偏振化为检偏器的偏振化方向与入射偏振光的偏振化方方向与入射偏振光的偏振化方向之间的夹角。向之间的夹角。P I0IP E0 E=E0cos , 2 0 0EI 20cosII 0max0III， 马吕斯定律马吕斯定律（18091809）2 2 0 2 cos EEIE=E0cos 0232I， 消光消光 为其它值时为其它值时00II 推导过程推导过程马吕斯定律马吕斯定律第15页/共55页 光强为光强为 I I0 0 的自然光相继通过偏振片的自然光相继通过偏振片P P1 1、P P2 2、P P3 3后光后光强为强为I I0 0 /8 /8，已知，已知P P1 1 P P3 3，问：，问：P P1 1、P P2 2间夹角为何？间夹角为何？解解 分析分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2201II 212cosII 222223sincosIII 8sincos20220II 045例题例题1第16页/共55页 例例2 有两个偏振片有两个偏振片,一个用作起偏器一个用作起偏器, 一个用作检一个用作检偏器偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时 , 一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们, 出射光强为出射光强为 ; 当它们偏振化方向间当它们偏振化方向间的夹角为的夹角为 时时, 另一束单色自然光穿过它们另一束单色自然光穿过它们 , 出射光出射光强为强为 , 且且 . 求两束单色自然光的强度之比求两束单色自然光的强度之比 .30601I2I21II 10I20I解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为 和和 . 经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 .220I210I经过检偏器后经过检偏器后30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021IIII第17页/共55页212cosII 3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II 20cos2I 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系 .I31p,p2p2p3p0I1p讨讨 论论第18页/共55页)2(cos223 II202cos2II 220223sincos21sinIII2sin81203II 若若 在在 间变化，间变化， 如何变化如何变化？203I0,23, ,2, 03I8,47,45,43,403II 0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p第19页/共55页1P0 I21PP 2P3P你能说明为什么吗你能说明为什么吗？第20页/共55页例题：例题：在透振方向正交的起偏器在透振方向正交的起偏器M和检偏器和检偏器 N 之间，插入之间，插入一片以角速度一片以角速度 旋转的理想偏振片旋转的理想偏振片P，入射自然光强为，入射自然光强为I0，试试求由系统出射的光强是多少？求由系统出射的光强是多少？ MNPtPNMttAA cossin)2/0 （出出)4cos1)(16/(cossin)2/0220tIttII （出出)cos1(212sin 每旋转偏振片每旋转偏振片P一周，输出光强有一周，输出光强有“四明四零四明四零”。 t=00,900,1800,2700时，时，输出光强为零。输出光强为零。 t=450,1350,2250,3150时，时，输出光强为输出光强为 。8/0I第21页/共55页5-3 5-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 自然光在两种各向同性自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折射介质的分界面上反射和折射时，不但光的传播方向要改时，不但光的传播方向要改变，而且光的偏振状态也要变，而且光的偏振状态也要改变，改变，空气空气i1ni玻璃玻璃2n 入射面入射面: 入射光入射光线和法线所成的平面线和法线所成的平面 . 反射光反射光- 部分偏振光部分偏振光 ，垂直于入射面的振动大于平垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动行于入射面的振动 . 折射光折射光- 部分偏振光部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动直于入射面的振动 .理论和实验证明：理论和实验证明： 反射光的偏振化程反射光的偏振化程度与入射角有关度与入射角有关 .第22页/共55页 反射光的偏振化程度与反射光的偏振化程度与入射角有关，若光从折射率入射角有关，若光从折射率为为n1的介质射向折射率为的介质射向折射率为n2的的介质，当入射角满足介质，当入射角满足2112nnntgib这实验规律可这实验规律可用电磁场理论用电磁场理论的菲涅耳公式的菲涅耳公式解释。解释。时，反射光中就只有垂直于入射面的光振时，反射光中就只有垂直于入射面的光振动，而没有平行于入射面的光振动，这时动，而没有平行于入射面的光振动，这时反射光为线偏振光反射光为线偏振光，而，而折射光仍为部分偏折射光仍为部分偏振光振光。这就是这就是Brewster定律。其中定律。其中ib叫做叫做起起偏角偏角或或布儒斯特角布儒斯特角。 布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特角布儒斯特角bir完全偏振光完全偏振光2n1n（式中（式中n21为媒质为媒质2对对媒质媒质1的相对折射率的相对折射率）第23页/共55页布儒斯特角布儒斯特角bibr完全偏振光完全偏振光090bbribbrninsinsin2112nntgib2n1n根据折射定律根据折射定律布儒斯特定律：布儒斯特定律： 当入射角是布儒斯特角时，当入射角是布儒斯特角时，折射光与反射光垂直。折射光与反射光垂直。相比较：相比较： cosib= sinb故故 ib=900-b说明说明第24页/共55页2112nnntgib 当入射角等于布儒斯特角当入射角等于布儒斯特角时，反射光与折射光互相垂直时，反射光与折射光互相垂直，反射光为线偏振光，其偏振，反射光为线偏振光，其偏振面与入射面垂直；折射光为部面与入射面垂直；折射光为部分偏振光。分偏振光。例：若例：若 n1 =1.00 (空气空气)，n2 =1.50 (玻璃玻璃)，n3=1.33(水水)1 .5300.133.1tg 3 .5600.150.1tg 11bbii水空气玻璃空气不同的介质，不同的介质，ib是不同的是不同的则：则：小小 结结第25页/共55页讨论讨论bibibiiiibi下列图中的反射光、折射光的偏振下列图中的反射光、折射光的偏振状态。状态。 (起偏角起偏角 )第26页/共55页讨讨 论论 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角布儒斯特角 ，问，问 在在下表面下表面的反射光是什么光？的反射光是什么光？bi1n1n2nbi平行玻璃板上表面平行玻璃板上表面反射光是线偏振光反射光是线偏振光.12nntgib21nnitgb？注意：上表面的折射角注意：上表面的折射角等于下表面的入射角等于下表面的入射角 090bbiibi下表面的反射光是下表面的反射光是否也是线偏振光？否也是线偏振光？！=090bbri21nnctgiitgbb第27页/共55页0i0i1n1空气空气玻璃玻璃2n2结结 论论线偏振光线偏振光入射角为布儒斯特角入射角为布儒斯特角 时，时， 在在下表面下表面的反射光也是的反射光也是线偏振光线偏振光bi理论实验表明：反理论实验表明：反射所获得的线偏光射所获得的线偏光仅占入射自然光总仅占入射自然光总能量的能量的7.4%，而约，而约占占85%的垂直分量的垂直分量和全部平行分量都和全部平行分量都折射到玻璃中。折射到玻璃中。要以反射获得较强要以反射获得较强的线偏振光，你有的线偏振光，你有什么好主意？什么好主意？利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光第28页/共55页玻璃片堆玻璃片堆用以增加反射线偏振光的强度和用以增加反射线偏振光的强度和折射光的偏振化程度。折射光的偏振化程度。空气空气玻璃玻璃 4233ib玻璃玻璃空气空气 b 1856iibibibibib ib玻璃玻璃片堆片堆( (接近线偏振光接近线偏振光) )第29页/共55页 玻璃片堆玻璃片堆检偏检偏若反射光光强不变则入射光是若反射光光强不变则入射光是自然光自然光若反射光光强变且有消光则入若反射光光强变且有消光则入射光是线偏振光射光是线偏振光若反射光光强变且无消光则若反射光光强变且无消光则入射光是部分偏振光入射光是部分偏振光 让待检光以布儒斯特角让待检光以布儒斯特角 入射到界面上，以入射入射到界面上，以入射线为轴旋转界面（保持线为轴旋转界面（保持 不变）不变）bibii ib ( (接近线偏振光接近线偏振光) )第30页/共55页例题：例题：已知某材料在空气中的布儒斯特角已知某材料在空气中的布儒斯特角 ib=580， 求它的求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率为折射率？若将它放在水中（水的折射率为 ），求布儒斯），求布儒斯特角？该材料对水的相对特角？该材料对水的相对 折射率是多少？折射率是多少？解：解：设该材料的折射率为设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为，空气的折射率为16 . 1599. 15810tgntgib放在水中，则对应有放在水中，则对应有2 . 133. 16 . 1水nntgib03 .50bi所以所以：该材料对水的相对折射率为。该材料对水的相对折射率为。偏振光的应用偏振光的应用测量介质的折射率测量介质的折射率偏光镜偏光镜第31页/共55页 偏振光的理论意义和价值是证明了光偏振光的理论意义和价值是证明了光是横波。同时，偏振光在很多技术领域得是横波。同时，偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。到了广泛的应用。偏振现象在摄影技术中的应用偏振现象在摄影技术中的应用 在摄影技术中，为了在不同自然条件下拍到理想的或具有在摄影技术中，为了在不同自然条件下拍到理想的或具有艺术效果的照片，一般在照相机镜头前加不同的镜片。其中一艺术效果的照片，一般在照相机镜头前加不同的镜片。其中一种镜片是种镜片是“偏光镜偏光镜”。偏光镜的用途之一是为了更清楚的拍摄。偏光镜的用途之一是为了更清楚的拍摄水中的物体和鱼类等。如在公园清澈的水塘中游荡着漂亮的金水中的物体和鱼类等。如在公园清澈的水塘中游荡着漂亮的金鱼，用相机拍照的最大问题是水表面反射的光线使人看不清水鱼，用相机拍照的最大问题是水表面反射的光线使人看不清水下的鱼。根据布儒斯特定律，自然光经水面反射后是部分偏振下的鱼。根据布儒斯特定律，自然光经水面反射后是部分偏振光，而在布儒斯特角时是平面偏振光，水的折射率为，相应的光，而在布儒斯特角时是平面偏振光，水的折射率为，相应的布儒斯特角为布儒斯特角为i0=53。如右图所示，在相机的镜头前加上偏。如右图所示，在相机的镜头前加上偏光镜，摄影者在岸上将相机以光镜，摄影者在岸上将相机以53左右（估计）对准水面，旋左右（估计）对准水面，旋转镜头前的偏光镜，使其偏振化方向与反射光的偏振面垂直拍转镜头前的偏光镜，使其偏振化方向与反射光的偏振面垂直拍照（此时，在取景器中看到水中的物体最清楚），则可大大减照（此时，在取景器中看到水中的物体最清楚），则可大大减小反射光的影响，拍到清晰的金鱼照片。小反射光的影响，拍到清晰的金鱼照片。第32页/共55页第33页/共55页第34页/共55页一、一、 双折射现象双折射现象5-4 双双 折折 射射 现现 象象 波动波动 光光 学学双折射现象双折射现象 波波 动动 光光 学学方解石晶体方解石晶体 nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律 一束自然光射向石一束自然光射向石英、方解石等各向异英、方解石等各向异性介质时，其折射光性介质时，其折射光有两束，这种现象称有两束，这种现象称为为双折射现象双折射现象。第35页/共55页光通过光通过双折射晶体双折射晶体第36页/共55页寻常光线寻常光线（o o光光）(ordinary rays)(ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线 对于晶体一切方向都具对于晶体一切方向都具有相同的折射率，且在入射有相同的折射率，且在入射面内传播，简称它为面内传播，简称它为o光光(extraordinray rays)(extraordinray rays) 非寻常光线非寻常光线（e e光光）不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线 它的折射率（即波速）随方向而变化，并它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一定在入射面内传播，简称为且不一定在入射面内传播，简称为 e 光。光。第37页/共55页实验证明：实验证明： O 光和光和 光均为线偏振光光均为线偏振光.eACBoeDeo注意注意： 寻常、非常指光在折射时寻常、非常指光在折射时 是否遵守折射是否遵守折射定律，定律，o光、光、e光也只在晶体内部才有意义。光也只在晶体内部才有意义。第38页/共55页 光轴：光轴： 某些晶体内存在确定的方向，在这个方向上，某些晶体内存在确定的方向，在这个方向上，o o光和光和e e光的传播速度相同，这个方向称为晶体的光的传播速度相同，这个方向称为晶体的光轴光轴。光沿该。光沿该方向传播时方向传播时, ,不发生双折射不发生双折射. .MMNN说明：说明：沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光。光轴仅标沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光。光轴仅标志一个特征方向。并不限于某一条特殊的直线志一个特征方向。并不限于某一条特殊的直线. .光轴光轴具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。例如：方解石、石英等。例如：方解石、石英等。具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。例如：云母、硫黄等。例如：云母、硫黄等。二、光轴二、光轴 主截面主截面 主平面主平面AB光轴光轴例例：天然方解石晶天然方解石晶体是六棱体体是六棱体, ,两棱间两棱间夹角为夹角为7878。或或102102。. .从从其钝角会合的顶点其钝角会合的顶点引一条直线引一条直线, ,并使其并使其与各邻边成等角与各邻边成等角, ,这这一直线方向就是方一直线方向就是方解石晶体的解石晶体的光轴光轴方方向向. .102。78。第39页/共55页晶体的主截面晶体的主截面 由由光轴光轴和晶体和晶体表表面的法线面的法线所组成的平所组成的平面，称为晶体面，称为晶体主截面主截面。10278 光光O光光e当入射光的入射面与晶当入射光的入射面与晶体的主截面重合时，体的主截面重合时，o光光和和e e光都在入射面内且振动方向互相垂直。光都在入射面内且振动方向互相垂直。在一般情况下在一般情况下, ,o o光和光和e e光的振动方向并不完全垂直，光的振动方向并不完全垂直，而是有一个不而是有一个不大的夹角，且大的夹角，且e e光不在入射面内光不在入射面内。 第40页/共55页 在晶体中在晶体中,某光线的传播方向和光轴方向所组成的平面，称某光线的传播方向和光轴方向所组成的平面，称为为该光线的主平面该光线的主平面 光的主平面光的主平面 o光和光和e光有各自的主平面。光有各自的主平面。 o光和光和e光都是线偏振光，光都是线偏振光，o光的振动方向垂直于自己的主平面光的振动方向垂直于自己的主平面，e光的振动方向平行于自己的主平面。光的振动方向平行于自己的主平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面第41页/共55页三、晶体的主折射率，正晶体、负晶体三、晶体的主折射率，正晶体、负晶体o光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面e光轴光轴Ovev1. 寻常光线寻常光线 在晶体中各方向上传播速度相同在晶体中各方向上传播速度相同. . oocn v常量常量2. 非常光线非常光线 晶体中各晶体中各方向上传播速度不同方向上传播速度不同, ,随方向改变而改变随方向改变而改变. .称为称为晶体的晶体的主折射率主折射率oe,nn 假想在晶体内有一子波源假想在晶体内有一子波源O,O,由于晶体的各向异性性质由于晶体的各向异性性质, ,从从子波源将发出两组子波子波源将发出两组子波. .ec een垂直光轴垂直光轴,oon 沿光轴沿光轴第42页/共55页 正晶体正晶体 : : ne no负晶体负晶体 : : n ne e n no ovo tve t光轴光轴 负晶体负晶体 (vo ve) ( ( e o o) )第43页/共55页四、晶片，圆和椭圆偏振光的起偏四、晶片，圆和椭圆偏振光的起偏1. 1. 晶片晶片相位延迟片相位延迟片晶片晶片是是光轴平行表面的晶体薄片。光轴平行表面的晶体薄片。ydxAAoAe 线偏振光线偏振光光轴光轴 通过厚为通过厚为d的晶片，的晶片，o、e光产生相位差：光产生相位差： 2 dnnoeAAoAe 光轴光轴P cossinAAAAeo 振幅关系振幅关系第44页/共55页从晶片出射的是从晶片出射的是两束传播方向相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差两束传播方向相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差 的线偏振光，它们合成为一束的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光椭圆偏振光。,4 23,2 时为圆偏振光时为圆偏振光 2. 2. 波（晶）片波（晶）片 (1) (1) 四分之一波片四分之一波片24 dnnoe4 线偏振光线偏振光圆偏振光圆偏振光2 , 0 线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）AAoAe 光轴光轴P第45页/共55页240 ， 线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光(2) (2) 二分之一波片二分之一波片 2dnnoe使线偏振光振动面转过使线偏振光振动面转过2 2 角度角度 A0入入A0出出A入入A出出Ae入入= Ae出出入入光轴光轴(3) (3) 全波片全波片 2 dnnoe 2 dnnoe第46页/共55页 四分之一波片四分之一波片圆偏振光圆偏振光自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振片（转动偏振片（转动）线偏振光线偏振光 I不变不变线偏振光线偏振光I变变, 有消光有消光以入射光方向为轴以入射光方向为轴 四分之一波片四分之一波片椭圆偏振光椭圆偏振光部 分 偏 振部 分 偏 振光光线偏振光线偏振光 偏振片（转动）偏振片（转动）线偏振光线偏振光I变变, 有消光有消光 部分部分偏振光偏振光光轴平行最大光强或最小光强方向放置光轴平行最大光强或最小光强方向放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置置线偏振光线偏振光I变变, 无消光无消光第47页/共55页vo t光轴光轴o光光: :00 cn e光光: :ec een垂直光轴垂直光轴 n0 0 ，ne称为称为晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体正晶体 : : ne no负晶体负晶体 : : n ne e n no ovo tve t光轴光轴 负晶体负晶体 (vo ve) ,oon 沿光轴沿光轴( ( e o o) )光轴光轴ve tvo t第48页/共55页三、三、 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法单轴晶体中光传播的惠更斯作图法( ( e e o o) )1. 1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射光轴平行晶体表面，自然光垂直入射 e o e o光轴光轴晶体晶体 o o, , e e在方向上虽没分开，但速度上是分开的。在方向上虽没分开，但速度上是分开的。2. 2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面，光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射自然光斜入射nrooci0sinsin nreeeci sinsin 光轴光轴i晶体晶体 光轴光轴ict晶体晶体 光轴光轴i ot e etct晶体晶体 光轴光轴i ot e etct晶体晶体 光轴光轴ir0o ot e eto ct晶体晶体 光轴光轴ir0reo ot e eteo ect第49页/共55页3. 3. 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射晶体晶体晶体晶体晶体晶体光轴光轴o 晶体晶体光轴光轴o o 晶体晶体光轴光轴o o 晶体晶体光轴光轴o o e晶体晶体光轴光轴o e e方解石方解石光轴光轴o此时此时e光的波面不再与其波射线垂直了光的波面不再与其波射线垂直了第50页/共55页ACD.eoeoB.o光、光、e光传播方向未分开，产生位相差：光传播方向未分开，产生位相差： 2dndnoe dnnoe)(2 d第51页/共55页二二 尼科耳棱镜尼科耳棱镜658. 1on486. 1en55. 1胶nBCAD904868 光光O光光e加拿大树胶加拿大树胶第52页/共55页尼科耳棱镜可用于起偏和检偏尼科耳棱镜可用于起偏和检偏090第53页/共55页总总 结结光的偏振性光的偏振性偏振态的分类偏振态的分类偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏马吕斯定律马吕斯定律反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振 ( (布儒斯特定律布儒斯特定律) )双折射双折射第54页/共55页