大學物理光的偏振

關于大學物理光的偏振第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.線偏振光（linearlypolarizedlight）光矢量只沿一個固定方向振動，這種光稱為線偏振光，也稱為平面偏振光?！っ鎸獾膫鞑シ较蚩淳€偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解EEyEx

yx表示法：·····光振動垂直板面光振動平行板面第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日圓偏振光橢圓偏振光0

y

yx

z傳播方向

/2x某時刻圓偏振光E隨z的變化E2.圓偏振光（circularlypolarizedlight）橢圓偏振光（ellipticlypolarizedlight）第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日為某個確定值的線偏振光的合成。右旋圓偏振光的合成。圓和橢圓偏振光可看成是兩束頻率相同、傳播方向一致、振動方向相互垂直、相位差線偏振光則可以看成是兩束頻率相同、相位相同、振幅相同、傳播方向亦相同的左、相位差/2或3/2x

y

yx·x，y振幅相同，相位差不等于0，和2/2，，3/2第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、自然光（naturallight）垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。沒有優(yōu)勢方向一束自然光可分解為兩束振動方向相互···光矢量取向是雜亂無章的、對于光的傳播方向是對稱分布的,稱為自然光。表示法：自然光的分解非相干第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、部分偏振光表示法：部分偏振光可看成自然光和線偏振光混合分解非相干平行板面的光振動較強········垂直板面的光振動較強部分偏振光可以分解如下：光矢量沿某一方向振動比其它方向占優(yōu)勢，稱為部分偏振光。第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日16.2偏振片起偏與檢偏馬呂斯定律一、偏振片（Polaroid）原理：利用“二向色性”晶體制成。

允許通過光振動的方向稱為偏振化方向，即透光軸。

線偏振光的起偏：自然光入射時非偏振光I0線偏振光IP偏振化方向（通光方向）···第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、馬呂斯定律（Maluslaw）偏振光Io自然光偏振光IP(N)P(M)M:起偏器N:檢偏器Io與I關系：——馬呂斯定律透射光最大透射光為零A0sinaMoNaA0A0cosa第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日三、線偏振光的檢偏I?P待檢光若I不變?nèi)鬒變有消光若I變無消光或由線偏振光與自然光混合而成的部設入射光可能是旋轉自然光或線偏振光分偏振光線偏自然部分第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日四、偏振片的應用▲作為照相機的濾光鏡，可以濾掉不必要的反射光?！瞥善庋坨R，可觀看立體電影?！粼谒衅嚽按安ＡШ痛鬅羟岸佳b上偏振片，可以避免汽車會車時燈光的晃眼?！鳛樵S多光學儀器中的起偏和檢偏裝置。與地面成45角、且向同一方向傾斜怎樣裝?第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日立體電影第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日16.3反射、折射偏振布儒斯特定律一、反射起偏布儒斯特定律[2]當取某一入射角

i0時，反射光是光振動垂直于入射面的線偏振光，折射光為部分偏振光。

i0

稱為布儒斯特角（起偏角）。反射光垂直入射面分量(S)比例大折射光平行入射面分量(P)比例大[1]自然光反射和折射后成為部分偏振光,偏振化程度與入射角有關?！ぁぁぁぁぁぁ1n2iir··S分量P分量第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日i0n1n2r——布儒斯特定律此時有：i0+r=90o二、折射起偏玻璃片堆利用玻璃片堆使折射光趨近與P偏振光用玻璃片堆能增強反射偏振光的強度················i0接近線偏振光··············玻璃片堆線偏振光第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日思考在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時，如何去掉反射光的干擾？有反射光干擾的櫥窗在照相機鏡頭前加偏振片消除了反射光的干擾第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、雙折射現(xiàn)象1.雙折射in1n2rore(各向異性介質(zhì))自然光o光e光2.尋常（o）光和非尋常（e）光o光：遵從折射定律e光：一般不遵從折射定律e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。一束光入射到各向異性介質(zhì)時，折射光分成兩束的現(xiàn)象。16.4雙折射（birefringence）現(xiàn)象第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日···方解石oeeo···演示以入射方向為軸旋轉方解石方解石偏振片雙折射的兩束光振動方向相互垂直第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日3.晶體的光軸(opticalaxisofcrystal)光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)例如，方解石晶體（冰洲石）

光軸是一個特殊的方向，一個光軸的晶體，如方解石。兩個光軸的晶體，如云毋。

由鈍隅引出的與三個棱邊成等角的方向就是光軸。光軸AB102°78°該方向稱為晶體的光軸。生雙折射，于此方向的直線均為光軸。凡平行單軸晶體：雙軸晶體：第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日4.主平面（principalplane）o光光軸o光的主平面····e光光軸e光的主平面10o光振動垂直主平面，e光振動在主平面內(nèi)。晶體中光的傳播方向與晶體光軸構成的平面叫該束光的主平面。晶體解理面的法線與晶體光軸構成的平面稱為晶體的主截面。第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日2o通常o、e光主平面不重合，兩者振動方向不垂直。當入射面與主截面重合時，兩者主平面與主截面重合，振動方向垂直。5.折射率(refractiveindex)光矢量垂直與光軸振動的光波折射率no、平行與光軸振動的光波折射率ne稱為晶體的主折射率。單軸晶體中，o光折射率始終是no；e光的折射率介于no～ne之間，當傳播方向垂直于光軸方向時，折射率是ne。第十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、尼科耳棱鏡（Nicolprism)制作：原理：全反射第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日一、偏振光干涉裝置二、偏振光干涉的分析AoA2oNMCAAeA2e在P2

后：在P1

后：偏振化方向偏振片N單色自然光偏振片M偏振化方向d晶片C光軸方向相干屏16.5偏振光的干涉第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日通過晶體C后的相位差是再通過P2

后：（明）單色光入射，d不均勻，則屏上為等厚條紋。AoA2oNMCA1AeA2e（暗）第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日石英劈尖的偏振光干涉（等厚條紋）單色光入射，d不均勻，則屏上為等厚條紋。第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它的互補色，若白光入射，且晶片d均勻，則：屏上由若d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。硫酸鈉晶片的色偏振圖片第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日16.6偏振現(xiàn)象應用一、人工雙折射人為使各向同性介質(zhì)轉化造成各向異性介質(zhì)，而產(chǎn)生雙折射效應，稱為人工雙折射。1.光彈效應（photoelasticeffect）由于受力作用，使各向同性介質(zhì)轉化造成各向異性介質(zhì)，稱為光彈效應。在一定應力范圍內(nèi)：k是比例系數(shù)第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日P1P2··dFSF干涉有機玻璃C模型的光彈圖象釣鉤的圖象光彈第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2.電光效應（photoelasticeffect）由于電場作用，使各向同性介質(zhì)轉化造成各向異性介質(zhì)，稱為電光效應。45P2l+-克爾盒dP145克爾效應泡克爾斯效應應用：可作為光開關（響應時間10-9s），

用于高速攝影、激光通訊、光速測距等第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日二、旋光現(xiàn)象（roto-opticalphenomena)1.物質(zhì)的旋光性（opticalactivity）

除石英外，氯酸鈉、乳酸、松節(jié)油、糖的水溶液等也都具有旋光性。1811年，法國物理學家阿喇果（Arago）其振動面能發(fā)生旋轉，發(fā)現(xiàn)，線偏振光沿光軸方向通過石英晶體時這稱為旋光現(xiàn)象。

旋光物質(zhì)d光軸

a—

旋光率旋轉的角度：第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日旋光率a與旋光物質(zhì)和入射波長有關，對于溶液，與濃度有關：可以有左旋體和右旋體.物質(zhì)旋光性和物質(zhì)原子排列結構有關的，2.磁致旋光（magneticopticity）一些物質(zhì)在磁場作用下，也會產(chǎn)生旋光現(xiàn)象，稱為磁光效應。水、二硫化碳、食鹽等是磁致旋光物質(zhì)。第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日d磁致旋光物質(zhì)B旋轉的角度:

V—

費德爾常量，磁致旋光效應的應用：▲研究物質(zhì)結構▲測電流和磁場▲磁光調(diào)制第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日1.馬呂斯2.布儒斯特

3.雙折射

第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日例1.兩個偏振片組成結構，在它們偏振化方向成30o角時，觀測一束自然光；又在60o角時，觀測另一束自然光。兩次測得透射光強度相同，求兩束自然光強度。解：設兩束自然光強度是I1、I2透射光強度是：，則第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日例2.求：透射光強偏振片，透射光強為，若這兩個偏振片之間再插入另一偏振片，它的偏振化方向與前兩個偏振片均成角。使自然光通過兩個偏振化方向成角透射光強為：解：第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日例3.令其通過旋轉著的偏振片，若測得出射光的最大光強為，最小光強為，則混合光中偏振光和自然光的強度各為多少？一束混合光包含線偏振光和自然光，解：第三十四頁，共三十八頁，