大學(xué)物理光學(xué)第5章光的偏振

1、Chap.5 Polarization of Light第第5章章 光的偏振光的偏振主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容5.1 自然光與偏振光5.2 線偏振光與部分偏振光5.3 光通過單軸晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象5.4 光在晶體中的波面 5.5 光在晶體中的傳播方向 5.6 偏振器件5.7 橢圓偏振光和圓偏振光 5.8 偏振態(tài)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 5.9 偏振光的干涉 Chap.5 Polarization of Light第第5章章 光的偏振光的偏振 偏 振 態(tài) 橢圓偏振光？偏振光強(qiáng)光圓偏振光線偏振光偏振態(tài)？自然光部分偏振光自然光5.1 自然光與偏振光自然光與偏振光一、光的偏振性一、光的偏振性.縱波：波的振動(dòng)方向與波的傳

2、播方向相互平行；如聲波。縱波：波的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互平行；如聲波。橫波：波的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直。如張緊的橫波：波的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直。如張緊的柔軟的繩、電磁波。柔軟的繩、電磁波。偏振：振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性。只有橫波才有偏振：振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。偏振現(xiàn)象。 電磁波是橫波電磁波是橫波 光波也是橫波。（光波也是橫波。（光波也是電磁波光波也是電磁波）線偏振光：光在傳播過程中電矢量的振動(dòng)只限于某一確定線偏振光：光在傳播過程中電矢量的振動(dòng)只限于某一確定平面內(nèi)（投影為直線）。平面內(nèi)（投影為直線）。振動(dòng)面：電矢量和光的傳播方向所構(gòu)成的

3、平面振動(dòng)面：電矢量和光的傳播方向所構(gòu)成的平面。5.1 自然光與偏振光自然光與偏振光二、自然光二、自然光 具有在軸對稱的各個(gè)方向上電矢量的時(shí)間平均具有在軸對稱的各個(gè)方向上電矢量的時(shí)間平均值是相等的這種特點(diǎn)的光稱為自然光。值是相等的這種特點(diǎn)的光稱為自然光。 它是由軸對稱分布、無固定相位關(guān)系的大量線它是由軸對稱分布、無固定相位關(guān)系的大量線偏振光集合而成的，偏振光集合而成的， 。 即：它可以看作是兩個(gè)振幅相同、振動(dòng)相互垂即：它可以看作是兩個(gè)振幅相同、振動(dòng)相互垂直的非相干的線偏振光的疊加。直的非相干的線偏振光的疊加。.2,:,:022022IIIIIAAIthenAIAIifyxyxyxyyxxyxAA

4、 5.2 線偏振光與部分偏振光線偏振光與部分偏振光一、由二向色性產(chǎn)生的線偏振光一、由二向色性產(chǎn)生的線偏振光二、反射光的偏振態(tài)二、反射光的偏振態(tài)三、透射光的偏振態(tài)三、透射光的偏振態(tài) 5.2 線偏振光與部分偏振光線偏振光與部分偏振光 起偏器：起偏器：能以某種方式選擇自然光中的一束線能以某種方式選擇自然光中的一束線偏振光，而擯棄另一束線偏振光的光學(xué)器件。偏振光，而擯棄另一束線偏振光的光學(xué)器件。 自然光經(jīng)過起偏器后可以轉(zhuǎn)變成線偏振光。自然光經(jīng)過起偏器后可以轉(zhuǎn)變成線偏振光。 線偏振光的電矢量：線偏振光的電矢量： ）（）（kztyAxAyExEEyxyxcos00 一、由二向色性產(chǎn)生的線偏振光 二向色性：

5、是指有些晶體對不同方向振動(dòng)的電矢量，具有選二向色性：是指有些晶體對不同方向振動(dòng)的電矢量，具有選擇吸收的性質(zhì)。擇吸收的性質(zhì)。 如：電氣石（晶體）、聚乙烯醇片、硫酸碘奎寧晶體等。如：電氣石（晶體）、聚乙烯醇片、硫酸碘奎寧晶體等。 偏振片：含有平行地排列起來的長鏈聚合物分子的薄膜。偏振片：含有平行地排列起來的長鏈聚合物分子的薄膜。 透振方向：偏振片上能透過電矢量振動(dòng)的方向。透振方向：偏振片上能透過電矢量振動(dòng)的方向。 馬呂斯定律：馬呂斯定律： 線偏振光通過檢偏器后透射光強(qiáng)隨線偏振光通過檢偏器后透射光強(qiáng)隨 角變化的規(guī)律。角變化的規(guī)律。 注意：注意： 自然光通過無吸收的理想偏振片后其強(qiáng)度應(yīng)減為原來自然光通

6、過無吸收的理想偏振片后其強(qiáng)度應(yīng)減為原來的一半的一半?？梢杂米鰴z偏器用作起偏器，也偏振片，既可以偏振光的偏振片。檢偏器：用來檢驗(yàn)平面偏振光的偏振片。起偏器：用來產(chǎn)生平面22cosAIII其中yxyxIIIIII00.2二、反射光的偏振態(tài) 反射光的偏振態(tài) 當(dāng)一束自然光在兩種介質(zhì)界面上反射和折射時(shí)，反射光和折射光的傳播方向由反射定律和折射定律決定，而其偏振態(tài)則由電磁場的邊界條件決定：).45()cos()cos().()sin()sin()sin()sin()cos()cos()sin()cos()cos()sin()()(212111112121112121212121212121212111ii

7、iiAAAAiiiiAAiiiiiiiiiiiiiiiiiitgiitgAAssppsspp”號(hào)、即“若不考慮其方向而：).45()cos()cos().()sin()sin()sin()sin()cos()cos()sin()cos()cos()sin()()(212111112121112121212121212121212111iiiiAAAAiiiiAAiiiiiiiiiiiiiiiiiitgiitgAAssppsspp”號(hào)、即“若不考慮其方向而：)cos()cos()sin()sin()sin()cos()cos()sin(2121212121212121iiiiiiiiiiiiii

8、ii二、反射光的偏振態(tài) 討論： 在 當(dāng)自然光以其它任何角度（除0、90外） 入射時(shí)，有111111900ssppAAAAii時(shí)，有：及相等。垂直分量的值的值與平行分量即：反射光中電矢量的自然光的軸對稱性）又111111(spspspAAAAAA)cos()cos(2121iiii的值是小于垂直分量的值總分量反射光中電矢量的平行即：且：111111,spspspAAAAAA二、反射光的偏振態(tài)部分偏振光的圖示： 偏振度P：討論： if if .minmaxminmaxP偏振程度的量度IIII非偏振光反射光是自然光 ., 0:,minmaxpthenII偏振度最大的光反射光是線偏振光 ., 1:,0

9、minpthenI二、反射光的偏振態(tài)布儒斯特定律：斯特定律布儒對折射率全偏振角的正切等于相即：表示，儒斯特角，用布射角稱為全偏振角偏振光。這個(gè)特殊的入線面的分量，即反射光是光中只剩下垂直于入射完全不能反射，反射此時(shí)電矢量的平行分量即：，即時(shí)，有當(dāng)12101010101212101011121212111)(. 0090)()(102cossin)1090sin(sinsinsinnnnniiAAAiiiitgiitgAAtgiiiiiiinntgppppp三、透射光的偏振態(tài) 自然光以任意入射角入射時(shí)，折射后從介質(zhì)自然光以任意入射角入射時(shí)，折射后從介質(zhì)透射出來的光總是部分偏振光。透射出來的光總是

10、部分偏振光。 只是在以布儒斯特角入射時(shí)，電矢量的平行只是在以布儒斯特角入射時(shí)，電矢量的平行分量是分量是100%透過，這時(shí)透射光的偏振度最高。透過，這時(shí)透射光的偏振度最高。 （利用菲涅耳公式可給予解釋，見P219-220）三、透射光的偏振態(tài) 采用多次折射的方法，亦可獲得線偏振光：采用多次折射的方法，亦可獲得線偏振光： 自然光以布儒斯特角入射到透明介質(zhì)堆上時(shí)，透射自然光以布儒斯特角入射到透明介質(zhì)堆上時(shí)，透射光幾乎是線偏振光，它的電矢量平行于入射面。光幾乎是線偏振光，它的電矢量平行于入射面。 在偏振光分析和激光技術(shù)中，廣泛地應(yīng)用著反射起在偏振光分析和激光技術(shù)中，廣泛地應(yīng)用著反射起偏和透射起偏。偏和透

11、射起偏。5.3 光通過單軸晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象光通過單軸晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象 一、雙折射現(xiàn)象一、雙折射現(xiàn)象 二、光軸、主平面和主截面二、光軸、主平面和主截面 三、三、o光和光和e光的相對光強(qiáng)光的相對光強(qiáng) 一、雙折射現(xiàn)象 雙折射：同一束入射光折射后分成兩束的現(xiàn)象。 o光和e光：尋常光（ordinary ray）:仍沿原方向在晶體內(nèi)傳播，遵從折射定律；非常光（extraordinary ray）:在晶體內(nèi)偏離原來的方向，不遵從折射定律。注意：o光和e光只有在雙折射晶體內(nèi)部才有意義，射出晶體以后就沒有意義了。二、光軸、主平面主平面和主截面 光軸：若改變?nèi)肷涔獾姆较?，將發(fā)現(xiàn)在晶體內(nèi)光軸：若改變?nèi)肷涔獾姆较?/p>

12、，將發(fā)現(xiàn)在晶體內(nèi)存在著一些特殊的方向，沿著這些特殊方向傳播的存在著一些特殊的方向，沿著這些特殊方向傳播的光并不發(fā)生雙折射，即光并不發(fā)生雙折射，即o光和光和e光的傳播速度和傳播光的傳播速度和傳播方向都一樣。這些特殊的方向就稱為晶體的光軸。方向都一樣。這些特殊的方向就稱為晶體的光軸。 注意：注意：光軸僅標(biāo)志一定的方向。光軸僅標(biāo)志一定的方向。單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體。如方解石（碳酸單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體。如方解石（碳酸鈣、冰洲石）、石英（水晶）、紅寶石等。鈣、冰洲石）、石英（水晶）、紅寶石等。雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體。如云母、硫磺、黃雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體。如云母、硫磺、黃玉等。玉等

13、。 主平面：包含晶體光軸和一條給定光線的平面主平面：包含晶體光軸和一條給定光線的平面叫做與這條光線相對應(yīng)的晶體的主平面。叫做與這條光線相對應(yīng)的晶體的主平面。如：通過光軸和如：通過光軸和o光所作的平面就是和光所作的平面就是和o光對應(yīng)的主光對應(yīng)的主平面；平面； 通過光軸和通過光軸和e光所作的平面就是和光所作的平面就是和e光對應(yīng)的主光對應(yīng)的主平面。平面。 o光和光和e光都是線偏振光光都是線偏振光,但它們的光矢量的但它們的光矢量的振動(dòng)方向不同：振動(dòng)方向不同：o光的振動(dòng)面光的振動(dòng)面垂直垂直于自己的于自己的主平面；主平面；e光的振動(dòng)面光的振動(dòng)面平行平行于自己的主平面。于自己的主平面。 一般情況下，一般情況

14、下，o光和光和e光的主平面并不重光的主平面并不重合；合；僅當(dāng)光軸位于入射面內(nèi)時(shí)，這兩個(gè)主平僅當(dāng)光軸位于入射面內(nèi)時(shí)，這兩個(gè)主平面才嚴(yán)格的相互重合。面才嚴(yán)格的相互重合。在大多數(shù)情況下，在大多數(shù)情況下，這這兩個(gè)主平面之間的夾角很小，兩個(gè)主平面之間的夾角很小，o光和光和e光的振光的振動(dòng)面幾乎互相垂直。動(dòng)面幾乎互相垂直。3、主截面、主截面 ：包含晶體光軸和界面的法線的：包含晶體光軸和界面的法線的平面叫做與這條光線相對應(yīng)的晶體的主截面。平面叫做與這條光線相對應(yīng)的晶體的主截面。 當(dāng)光線的入射面與主截面重合時(shí)，當(dāng)光線的入射面與主截面重合時(shí)， o光光和和e光都在入射面內(nèi)，它們的主平面互相重光都在入射面內(nèi)，它們的

15、主平面互相重合，也和主截面及入射面重合。合，也和主截面及入射面重合。三、o光和e光的相對光強(qiáng) 不論是自然光，還是線偏振光，當(dāng)它們?nèi)肷涞絾屋S晶體時(shí)，一般都會(huì)發(fā)生雙折射。 在自然光入射的情況下，o光和e光的振幅相同；而在線偏振光入射時(shí)，o光和e光的振幅不一定相同，且隨著晶體方向改變，其振幅也發(fā)生變化。 AA垂直入射 的線偏振光的振動(dòng)面 與紙面的交線。 晶體的主 截面與紙面的交線。 振動(dòng)面與 主截面的夾角。OO 三、o光和e光的相對光強(qiáng) 又又 o光的振動(dòng)面垂直于主截面，光的振動(dòng)面垂直于主截面， e光的振動(dòng)面平行于主截面光的振動(dòng)面平行于主截面. 即：即： if: o光和光和e光射出晶體后都在空光射出晶

16、體后都在空 氣中傳播，此時(shí)則沒有氣中傳播，此時(shí)則沒有o光和光和 e光之分，光之分， 顯然：顯然：o光和光和e光的相對光光的相對光 強(qiáng)隨強(qiáng)隨 角的改變而改變，當(dāng)晶體繞入射光傳播方向角的改變而改變，當(dāng)晶體繞入射光傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩束光的相對光強(qiáng)也就不斷變化為軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩束光的相對光強(qiáng)也就不斷變化。sin0AA coseAA nI 222eee22o2ooocos)(sin)(AnAnIAnAnIe 角光傳播速度和光軸的夾ennII2eoeotg)(.tg2eoII三、o光和e光的相對光強(qiáng) 當(dāng)當(dāng) = ，即晶體主截面垂直于入射偏振光的振，即晶體主截面垂直于入射偏振光的振動(dòng)面時(shí)，動(dòng)面時(shí)， 當(dāng)當(dāng) ，即

17、晶體主截面平行于入射偏振光的振，即晶體主截面平行于入射偏振光的振動(dòng)面時(shí)，動(dòng)面時(shí)， 當(dāng)（當(dāng)（ 為任意角為任意角 且）擴(kuò)大入射光束使且）擴(kuò)大入射光束使o光和光和e光光相互重疊時(shí)，則：相互重疊時(shí)，則： 即即 不論晶體怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，重疊部分強(qiáng)度不變。不論晶體怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，重疊部分強(qiáng)度不變。 90.090cos.90sin222ee222oo光完全消失光的強(qiáng)度達(dá)最大即eoAAIIAAAI.0cos.00sin2222ee222oo光的強(qiáng)度達(dá)最大光完全消失即eoIAAAIAAI02222eocossinAAII是一常數(shù)IAA2222)cos(sin5.4 光在晶體中的波面光在晶體中的波面 波面波面 完全包住一個(gè)單

18、色點(diǎn)光源的波陣面。完全包住一個(gè)單色點(diǎn)光源的波陣面。 振動(dòng)方向垂直于主截面的光是o光，它們沿著一切方向傳播的速度都相同。o光的波面是一個(gè)球面。 振動(dòng)方向平行于主截面的光是e光，它在不同方向有不同的傳播速度。e光的波面是旋轉(zhuǎn)橢球面。 對于截面不大的e光束來說，它的傳播方向不一定垂直于波面。5.4 光在晶體中的波面光在晶體中的波面 光在單軸晶體中傳播時(shí)，沿著光軸方向傳播的光，速度都相同，不發(fā)生雙折射。瀝青等）（橡膠、玻璃、塑料、（云母、硫磺）（光軸除外，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之外（方解石，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之內(nèi)（石英）非晶體雙軸晶體負(fù)晶體正晶體單軸晶體晶體固體):):ovevovevovev瀝青等）（橡膠、

19、玻璃、塑料、（云母、硫磺）（光軸除外，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之外（方解石，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之內(nèi)（石英）非晶體雙軸晶體負(fù)晶體正晶體單軸晶體晶體固體):):ovevovevovev瀝青等）（橡膠、玻璃、塑料、（云母、硫磺）（光軸除外，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之外（方解石，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之內(nèi)（石英）非晶體雙軸晶體負(fù)晶體正晶體單軸晶體晶體固體):):ovevovevovev瀝青等）（橡膠、玻璃、塑料、（云母、硫磺）（光軸除外，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之外（方解石，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之內(nèi)（石英）非晶體雙軸晶體負(fù)晶體正晶體單軸晶體晶體固體):):ovevovevovev瀝青等）（橡膠、玻璃、塑料、（云母、硫磺）（光軸除外，旋轉(zhuǎn)

20、橢球面在球面之外（方解石，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之內(nèi)（石英）非晶體雙軸晶體負(fù)晶體正晶體單軸晶體晶體固體):):ovevovevovev瀝青等）（橡膠、玻璃、塑料、（云母、硫磺）（光軸除外，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之外（方解石，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之內(nèi)（石英）非晶體雙軸晶體負(fù)晶體正晶體單軸晶體晶體固體):):ovevovevovev瀝青等）（橡膠、玻璃、塑料、（云母、硫磺）（光軸除外，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之外（方解石，旋轉(zhuǎn)橢球面在球面之內(nèi)（石英）非晶體雙軸晶體負(fù)晶體正晶體單軸晶體晶體固體):):ovevovevovev5.5 光在晶體中的傳播方向 一、單軸晶體內(nèi)一、單軸晶體內(nèi)o光與光與e光的傳播方向光的傳播方向 利用

21、晶體中波面的特點(diǎn)和惠更斯作圖法，利用晶體中波面的特點(diǎn)和惠更斯作圖法，便可確定晶體內(nèi)便可確定晶體內(nèi)o光和光和e光的傳播方向，下面光的傳播方向，下面以以方解石為例方解石為例：（因?yàn)椋ㄒ驗(yàn)榉浇馐谄衿骷袘?yīng)用廣泛方解石在偏振器件中應(yīng)用廣泛. 石英不石英不是一個(gè)簡單的正晶體，在光軸方向上，是一個(gè)簡單的正晶體，在光軸方向上， e o ） 平行光斜入射：平行光斜入射： o光的傳播方向光的傳播方向垂直于它的波面，垂直于它的波面，e光的傳播方向不光的傳播方向不垂直于它的波面。垂直于它的波面。5.5 光在晶體中的傳播方向 光軸在入射面內(nèi)光軸在入射面內(nèi) o光和光和e光也都在入射面內(nèi)，相應(yīng)光也都在入射面內(nèi)，相應(yīng)

22、的兩個(gè)主截面都和入射面重合。的兩個(gè)主截面都和入射面重合。 o 光的振動(dòng)垂直于圖面光的振動(dòng)垂直于圖面(小黑點(diǎn)小黑點(diǎn))， e光的振動(dòng)平行于圖面（短線條）。光的振動(dòng)平行于圖面（短線條）。 光軸不在入射面內(nèi)光軸不在入射面內(nèi) e光不在入射面內(nèi)，光不在入射面內(nèi)，o光和光和e光的主光的主 截面不再重合。截面不再重合。 光軸在入射面內(nèi)并與晶體表面成一定角度光軸在入射面內(nèi)并與晶體表面成一定角度 當(dāng)一束光與光軸平行地入射到晶體時(shí)，當(dāng)一束光與光軸平行地入射到晶體時(shí)，e 光與入射光光與入射光線在表面法線的同側(cè)。線在表面法線的同側(cè)。 顯然，顯然，、中的中的 e 光不滿足折射定律。光不滿足折射定律。平行光束垂直入射 o光

23、和光和e光在晶體中沿同一方向傳播。光在晶體中沿同一方向傳播。光軸垂直于晶體表面并平行于入射面光軸垂直于晶體表面并平行于入射面 光沿著光軸傳播，兩束光沿著光軸傳播，兩束光不再分開，且傳播速度光不再分開，且傳播速度相同，所以不發(fā)生雙折射。相同，所以不發(fā)生雙折射。光軸平行于晶體表面并光軸平行于晶體表面并垂直于入射面垂直于入射面 o光和光和e光的傳播方向相光的傳播方向相同，但二者波面不重合（同，但二者波面不重合（傳播速度不同），傳播一段傳播速度不同），傳播一段距離后，距離后，o光和光和e光有相位差，光有相位差，有雙折射。有雙折射。光軸平行于晶體表面并平行于入射面光軸平行于晶體表面并平行于入射面 o光和

24、光和e光的傳播方向相同，但光的傳播方向相同，但其傳播速度不同，波面其傳播速度不同，波面不重合，傳播一段距離后，不重合，傳播一段距離后，o光和光和e光有相位差，光有相位差，有雙折射。有雙折射。 實(shí)際上，實(shí)際上，、是對應(yīng)于相同的情況，它們代表同一組是對應(yīng)于相同的情況，它們代表同一組球面和橢球面的兩個(gè)不同截面。球面和橢球面的兩個(gè)不同截面。5.5 光在晶體中的傳播方向二、單軸晶體的主折射率方解石： =1.65836， =1.48641（e光沿垂直于光軸的方向傳播），石英： =1.54425， =1.55336正晶體負(fù)晶體光軸垂直于入射面），oeoeeeoo(,nnnncncnononenen5.6 偏

25、振器件o光和e光的特點(diǎn)：的偏振態(tài)有相位差，改變?nèi)肷涔馐箖墒獠ň瑑墒獾膫鞑ニ俣炔煌馐夥珠_，獲得線偏振使兩雙折射棱鏡兩束光都是線偏振光5.6 偏振器件偏振器件一、尼科耳棱鏡一、尼科耳棱鏡二、沃拉斯頓棱鏡二、沃拉斯頓棱鏡三、波片三、波片一、尼科耳棱鏡原理： 利用雙折射現(xiàn)象，將自然光分成o光和e光，再利用全反射把o光反射到棱鏡側(cè)壁上，只讓e光通過棱鏡，從而獲得一束振動(dòng)方向固定的線偏振光。結(jié)構(gòu)：.68713加拿大樹膠粘結(jié)割開兩端面磨掉一部分，方解石寬長光路： 就e光來說，樹膠相對于方解石是光密介質(zhì)；就o光來說，樹膠相對于方解石是光疏介質(zhì)。入射光平行于棱 e光因 ，不能產(chǎn)生全反射，透射出來。入射

26、光不是平行于棱 入射極限角SM 注意：在使用尼科耳時(shí)，應(yīng)避免用高度會(huì)聚或發(fā)散的光束，激光作為入射光束最為理想。oeeo,486. 1,658. 1,550. 1nnnnnn加加:DA:DA全反射臨界角光入射角,70685. 155. 1sin761ciio加nn e14s0一、尼科耳棱鏡應(yīng)用：應(yīng)用： 尼科耳可以作為起偏器，也可以作為檢偏器。尼科耳可以作為起偏器，也可以作為檢偏器。作為檢偏器：作為檢偏器： 透射出尼科耳后的線偏振光（透射出尼科耳后的線偏振光（e光）的光強(qiáng)為：光）的光強(qiáng)為： 。 其中：其中：自然光連續(xù)通過兩個(gè)尼科耳：自然光連續(xù)通過兩個(gè)尼科耳： N1 起偏器，起偏器，N2 檢偏器，檢

27、偏器， 兩尼科耳主截面兩尼科耳主截面(e光光)之間的夾角。之間的夾角。a.平行尼科耳：平行尼科耳： 自然光通過平行尼科耳時(shí)透射光最強(qiáng)。自然光通過平行尼科耳時(shí)透射光最強(qiáng)。b.正交尼科耳：正交尼科耳： 自然光通過正交尼科耳時(shí)透射光強(qiáng)為自然光通過正交尼科耳時(shí)透射光強(qiáng)為0。符合馬呂斯定律2ocosII入射線偏振光的強(qiáng)度。ooAI.面之間的夾角方向與尼科耳棱鏡主截入射平面偏振光的振動(dòng)2o212o1ocos21cos2IIIIII自然光maxo2210III 時(shí)，當(dāng)min202II時(shí)，當(dāng)一、尼科耳棱鏡 5.傅科棱鏡： 僅以空氣層代替加拿大樹膠。橫截面相同時(shí)，長度較尼科耳短。 優(yōu)點(diǎn)： 可用于紫外線（加拿大樹

28、膠對紫外線有強(qiáng)烈吸收，尼科耳對此波段不適應(yīng)用）； 制造成本較低（長度較尼科耳短） ； 更堅(jiān)固耐用（短）。二、沃拉斯頓棱鏡 1.作用：能產(chǎn)生兩束互相分開的、振動(dòng)互相垂直的線偏振光。 2.結(jié)構(gòu)：由兩個(gè)光軸互相垂直的直角棱鏡組成（材料方解石）。 3.光路：自然光垂直入射 （證明見P266附錄5.1）光光光光oeeotg)(sin2eo121nn 三、波片三、波片 1.定義：由單軸晶體切割成的光軸平行于表面且能使o光和e光沿同一方向傳播并產(chǎn)生一定相位差的薄片。 2.原理：當(dāng)一束振幅為A0的平行光垂直入射到波片上時(shí)，在入射點(diǎn)分解成的o光和e光的相位是相等的。但光一進(jìn)入晶體，由于o光和e光的傳播速度不同，

29、其波長也不相同，所以就逐漸形成相位不同的兩束光。 這兩束光在波片內(nèi)引起的振動(dòng)分別為： . 其中：o、 e 是在波片中o光和e光的波長，r 是光波進(jìn)入波片中的某點(diǎn)離波片表面(入射點(diǎn))的距離。 在波片中，兩束光的相位差為：)(2cos),(2coseeeooorTtAErTtAE. .)11(2)(2)(2eooeoerrTtrTt三、波片 可見：兩束光在波片內(nèi)不同深度的各點(diǎn) 不同。 當(dāng)兩束光射出波片后，其相位差即為： 可見： ooeeoooeee11,nncncn，即：又rnn)(2eo晶片的厚度。ddnn.)(2eo.,eodnn）（ 三、波片 3.種類： 實(shí)際上： 半波片： 線偏振光垂直入射

30、到半波片而透射后，仍為線偏振光。若入射時(shí)振動(dòng)面和晶體主截面之間的夾角為，則透射出來的線偏振光的振動(dòng)面從原來的方位轉(zhuǎn)過 2。 全波片： 其應(yīng)用，以后各節(jié)再講。 此外還有 波片及任意波片等。.理論上）時(shí)，有：波片：當(dāng)（.24)(41eodnn ，）（412)( eokdnn210,2) 12、（kk，）（212)( eokdnn210,) 12、（kkkkdnn212)( eo，）（8131、5.7 橢圓偏振光和圓偏振光 一、橢圓和圓偏振光的描述一、橢圓和圓偏振光的描述二、橢圓和圓偏振光的獲得二、橢圓和圓偏振光的獲得 三、自然光改造成橢圓或圓偏振光三、自然光改造成橢圓或圓偏振光 一、橢圓和圓偏振光

31、的描述橢圓偏振光： 橢圓偏振光指的是電矢量的端點(diǎn)在波面內(nèi)描繪出的軌跡是橢圓；它可用兩列頻率相同、振動(dòng)方向相互垂直、相位差恒定且沿同一方向傳播的線偏振光的疊加描述。橢圓的方向取決于相位差 。 迎著光傳播的方向觀察，電矢量端點(diǎn)描出的橢圓沿順（逆） 時(shí)針方向，則為右（左）旋橢圓偏振光。為界的矩形框內(nèi)。橢圓的大小限制在以yyxxyyxxyyxxyxyxyyxxAEAEAEAEAEAEykztAxkztAyExEEkztAEkztAE,sincos2)cos()cos()cos(),cos(22222.cos22yxyxAAAAtg一、橢圓和圓偏振光的描述一、橢圓和圓偏振光的描述 圓偏振光： 電矢量的端

32、點(diǎn)在波面內(nèi)描繪出的軌跡是圓。 當(dāng) 在光的傳播方向上任意一個(gè)場點(diǎn)電矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)圓圓偏振光。 例：P237 L5.7：半波片使左旋圓偏振光轉(zhuǎn)變成了右旋圓偏振光。.22oyxoyxAEEAAA時(shí)，有、.,.)sin()cos(o右旋號(hào)左旋號(hào)ykztxkztAE二、橢圓和圓偏振光的獲得 利用波片便可。 例如：一束線偏振光 垂直入射到 波片上，且 振動(dòng)方向與光軸有一定夾角時(shí)，有 對于負(fù)晶體 特例：當(dāng)入射線偏振光的電矢量振動(dòng)方向與 波片的光軸成角 時(shí)， 此時(shí)，從 波片出射的光為圓偏振光。 出射后： 當(dāng)k=0，2，4，.時(shí)，出射光是右旋圓偏振光； 當(dāng)k=1，3，5，.時(shí)，出射光是左旋圓偏振光。ykz

33、tAxkztAEyx)2cos()cos(.4141偏振光，出射光為左旋正橢圓軸，取若光軸沿偏振光，出射光為右旋正橢圓軸，取若光軸沿22xy左右. )sin()cos(. )sin()cos(ykztAxkztAEykztAxkztAEyxyxeo45cos45sinAAAA4145),12(4)(eokdnn)212k（即：. )21()cos()cos(ykkztAxkztAEE三、自然光改造成橢圓或圓偏振光 1.自然界中大多數(shù)光源發(fā)出的光是自然光，如果把自然光直接入射到波片上，出射后，不可能得到橢圓偏振光。 2.要使自然光轉(zhuǎn)化為 橢圓偏振光，首先必 須通過一個(gè)偏振器產(chǎn) 生線偏振光，然后將

34、 它垂直入射到一塊波片上。 一個(gè)恰當(dāng)取向的起偏器和一塊波片的串接組合橢圓偏振器。自然光通過橢圓偏振器后轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光。三、自然光改造成橢圓或圓偏振光 3. 要使自然光轉(zhuǎn)化為圓偏振光，要使自然光轉(zhuǎn)化為圓偏振光，首先必須通過一個(gè)偏振器和一塊首先必須通過一個(gè)偏振器和一塊 波片，其次必須使起偏器的透振方波片，其次必須使起偏器的透振方向與向與 波片的光軸成波片的光軸成 角。角。 透振方向與光軸成透振方向與光軸成 角的一角的一個(gè)起偏器和一個(gè)個(gè)起偏器和一個(gè) 波片的串接組波片的串接組合合圓偏振器。圓偏振器。 自然光通過圓偏振器后就轉(zhuǎn)化自然光通過圓偏振器后就轉(zhuǎn)化成圓偏振光成圓偏振光。41414145455.8

35、 偏振態(tài)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) 偏振光有五種不同的偏振態(tài)，它們偏振光有五種不同的偏振態(tài)，它們對于人眼看起來是一樣的，要決定光束對于人眼看起來是一樣的，要決定光束的偏振態(tài)，必須借助于檢偏器。的偏振態(tài)，必須借助于檢偏器。一、線偏振光的檢驗(yàn)一、線偏振光的檢驗(yàn)二、橢圓和圓偏振光的檢驗(yàn)二、橢圓和圓偏振光的檢驗(yàn) 三、補(bǔ)償器三、補(bǔ)償器 一、線偏振光的檢驗(yàn) 線偏振光偏振片消光現(xiàn)象：透射時(shí)光的強(qiáng)度為 0 。 圓偏振光偏振片 同自然光相似。 利用一塊偏振片可以將線偏振光區(qū)分出來。 再加一塊 波片，就可將其余4 態(tài)檢驗(yàn)出來。，但無消光、有偏振片部分偏振光橢圓偏振光minmaxIII.CI 41二、橢圓和圓偏振光的檢驗(yàn) 片振偏

36、線偏振光有兩次消光偏振片片橢圓偏振光部分偏振光無消光變變自然光沒變偏振片片圓偏振光自然光沒變橢圓偏振光有兩次消光部分偏振光光無消光圓偏振光兩次消光位置透射方向光軸IIIIIIImax/041)(41)(三、補(bǔ)償器 原理： 引進(jìn)了可變的 ，使巴俾涅補(bǔ)償器：索列爾補(bǔ)償器)(2)()(2eo21oe2eo1nnddnndnnd線偏振光。, 0線偏振光。, 05.9 偏振光的干涉 一、偏振光干涉的實(shí)驗(yàn)裝置一、偏振光干涉的實(shí)驗(yàn)裝置 二、線偏振光干涉的強(qiáng)度分布二、線偏振光干涉的強(qiáng)度分布 三、會(huì)聚的線偏振光的干涉三、會(huì)聚的線偏振光的干涉一、偏振光干涉的實(shí)驗(yàn)裝置 P1 ：把自然光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光. d ： 分解

37、光束(將入射線的偏振光分解成振動(dòng)方向互相垂直的o光和e光)和相位延遲。 P2 ：把兩束光(o光和e光)的振動(dòng)引導(dǎo)到相同方向上。二、線偏振光干涉的強(qiáng)度分布二、線偏振光干涉的強(qiáng)度分布 ：P1的透振方向與波片光軸 y 的夾角； ：P2的透振方向與波片光軸 y 的夾角； ：從P2出射的兩束光之間的相位差.22sin2sin2sin)(coscos2coscoscossinsinsincos,sin2221e2o22e22o221ee21oo21e1oAAAAAAIAAAAAAAAAAIAAPAAydAPIeoeo222110二、線偏振光干涉的強(qiáng)度分布二、線偏振光干涉的強(qiáng)度分布 剛進(jìn)入波片表面時(shí)，o光和

38、e光的相位相等， 的透振方向互相平行時(shí)， 的透振方向互相垂直時(shí)，. .0)(20,)(2:eoe2o2e2o2eo dnnAAAAdnn同向。和同向，和而 211PP 和）（)cos1 (21:,45:.2sin2sin1 ,21/2221/AIthenifAI212PP和）（)cos1 (21:,45:.2sin2sin,(2212221AIthenifAI取銳角）)cos1 (21:,45:.2sin2sin1 ,21/2221/AIthenifAI)cos1 (21:,45:.2sin2sin,(2212221AIthenifAI取銳角）二、線偏振光干涉的強(qiáng)度分布二、線偏振光干涉的強(qiáng)度分

39、布 討論：討論： 單色光照射單色光照射 d 一定：一定： 一定，一定， ，即透射光強(qiáng)隨波長的不同而變化。，即透射光強(qiáng)隨波長的不同而變化。 用白光照射時(shí)，仍有用白光照射時(shí)，仍有 常量，且出現(xiàn)彩色。常量，且出現(xiàn)彩色。 互補(bǔ)色：任何兩種彩色如果混合起來能夠成為白色，互補(bǔ)色：任何兩種彩色如果混合起來能夠成為白色， 則其中一種稱為另一種的互補(bǔ)色。則其中一種稱為另一種的互補(bǔ)色。 紅紅+青青 、 藍(lán)藍(lán)+黃黃 、 綠綠+紫、天空蔚藍(lán)色紫、天空蔚藍(lán)色+朝陽桔紅朝陽桔紅 顯色偏振顯色偏振：偏振光干涉時(shí)出現(xiàn)彩色的現(xiàn)象。：偏振光干涉時(shí)出現(xiàn)彩色的現(xiàn)象。 是檢驗(yàn)雙折射極為靈敏的方法是檢驗(yàn)雙折射極為靈敏的方法.偏光顯微鏡就是根偏光顯微鏡就是根據(jù)顯色偏振的原理制成的（醫(yī)藥、化工、金相學(xué)、礦物學(xué)）據(jù)顯色偏振的原理制成的（醫(yī)藥、化工、金相學(xué)、礦物學(xué)）.).4745434.02320.21/21/（或守恒的是互補(bǔ)的這說明干涉常量。在任何情況下總有：達(dá)最大值達(dá)最小值，時(shí)，當(dāng)達(dá)最小值達(dá)最大值，時(shí)，當(dāng)AIIcIIbIAIa).4745434.02320.21/21/（或守恒的是互補(bǔ)的這說明干涉常量。在任何情況下總有：達(dá)最大值達(dá)最小值，時(shí)，當(dāng)達(dá)最小值達(dá)最大值，時(shí)，當(dāng)AIIcIIbIAIa)cos1(21:,45:.2sin2sin1,21/2221/A