第十五章光的偏振

1、1一、一、橫波具有偏振性橫波具有偏振性這種取向作用稱為偏振這種取向作用稱為偏振2光沿某一方向傳播時(shí)，在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光沿某一方向傳播時(shí)，在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各個(gè)方向振動(dòng)的光矢量都有，且各方向光振動(dòng)的振幅沿各個(gè)方向振動(dòng)的光矢量都有，且各方向光振動(dòng)的振幅都相等，這種光稱為自然光。都相等，這種光稱為自然光。. . . . . .3三、偏振光三、偏振光1.偏振偏振:自然光經(jīng)過(guò)媒質(zhì)的吸收、反射、透射、散射使某自然光經(jīng)過(guò)媒質(zhì)的吸收、反射、透射、散射使某 一方向的光振動(dòng)占有優(yōu)勢(shì)。一方向的光振動(dòng)占有優(yōu)勢(shì)。2.完全偏振光完全偏振光(線偏振光線偏振光) 振動(dòng)平面振動(dòng)平面: 光振動(dòng)與光傳播方向所決

2、定的平面光振動(dòng)與光傳播方向所決定的平面E播播傳傳方方向向振振動(dòng)動(dòng)面面只有單一方向的光振動(dòng)只有單一方向的光振動(dòng),這樣的光稱為完全偏振光。這樣的光稱為完全偏振光。43.部分偏振光部分偏振光:二個(gè)互相垂直的光振動(dòng)中某一方向光二個(gè)互相垂直的光振動(dòng)中某一方向光 振動(dòng)占有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)這樣的光稱為部振動(dòng)占有相對(duì)的優(yōu)勢(shì)這樣的光稱為部 分偏振光。分偏振光。部分偏振光部分偏振光 部分偏振光的分解部分偏振光的分解互相垂直方向互相垂直方向上不等幅上不等幅5 ：能吸收某一：能吸收某一方向的光振動(dòng)，而只讓與方向的光振動(dòng)，而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)的某些薄膜材料。過(guò)的某些薄膜材料。(涂有金涂有金雞

3、納霜或碧硒等材料的簿膜雞納霜或碧硒等材料的簿膜)這個(gè)方向稱為這個(gè)方向稱為 偏偏振振化化方方向向自自然然光光振振線線偏偏光光偏振片偏振片0I20I自然光自然光 偏振光：偏振光：檢驗(yàn)一束光是否為偏振光：檢驗(yàn)一束光是否為偏振光：6. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變7. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變8. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變9. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光

4、強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變10. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變11. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變12. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變13. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變14. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變

5、化情況15. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況16. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況17. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況18. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況19. . . .

6、起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況20. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況21. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光兩偏振片的偏振化方向相互垂直兩偏振片的偏振化方向相互垂直 光強(qiáng)為零光強(qiáng)為零偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況22入射偏振光入射偏振光 A 222coscosIAIIIIII09000270,90180, 00000 2c

7、osIIz偏振化方向 cosA sinA通過(guò)通過(guò) zA/cos不不通通過(guò)過(guò) zAsinI例：自然光和線偏振光的混合光，垂直通過(guò)一偏振片。例：自然光和線偏振光的混合光，垂直通過(guò)一偏振片。旋轉(zhuǎn)偏振片，測(cè)得透射光強(qiáng)最大值是最小值的旋轉(zhuǎn)偏振片，測(cè)得透射光強(qiáng)最大值是最小值的5倍。求入倍。求入射光中，自然光與線偏振光的光強(qiáng)比。射光中，自然光與線偏振光的光強(qiáng)比。 2110II102IIImax解：解：20IIminminmax5II23例例15-1 自然光自然光 通過(guò)偏振化方向互相垂直的偏振通過(guò)偏振化方向互相垂直的偏振片片 。如果在。如果在 間平行插入另一偏振片間平行插入另一偏振片 ， 與與 偏振化方向夾角

8、偏振化方向夾角 ，求：透過(guò)，求：透過(guò) 后的光強(qiáng)？后的光強(qiáng)？0I21,PP21,PP3P3P1P 2P解解2010IPI通過(guò)通過(guò)自然光自然光 2033cos2IIP通過(guò)通過(guò) 2sin8sincos2)90(cos2022002322IIIIP通過(guò)通過(guò)24 自然光以任意角度入射到兩種各向同性介質(zhì)的分界自然光以任意角度入射到兩種各向同性介質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)面上反射和折射時(shí), ,反射光和折射光都是部分偏振光，反射光和折射光都是部分偏振光，且且 實(shí)驗(yàn)和理論都表明：實(shí)驗(yàn)和理論都表明：n1n2.r以任意角度入射以任意角度入射i25當(dāng)入射角當(dāng)入射角 0ii .i0i0n1n2900r以布儒斯特角入射以布

9、儒斯特角入射反射光為線偏振光反射光為線偏振光，折射光，折射光為部分偏振光。并且：為部分偏振光。并且：布儒斯特角布儒斯特角0090ri由折射定律：由折射定律：21120sinsinnnnri00000)90sin(sinsinsintgiiiritg i0n1n2=n2126 利用玻璃片堆利用玻璃片堆增加反射增加反射偏振光偏振光光強(qiáng)，提高透射光光強(qiáng)，提高透射光偏振度，但光強(qiáng)減小偏振度，但光強(qiáng)減小2100)2(nnctgiitgtgr界面的起偏角。是玻璃、空氣r線偏振光線偏振光.自然光入射自然光入射i0r1n1n2n27已知：n水=1.33, n玻璃1.50 ，容器底部反射光為偏振光求：i=?ii

10、0i0i033. 150. 1120nntgi解：00sin33. 1sinsiniini水084i28i0i0i0iii29一束光一束光在晶體內(nèi)各個(gè)方向上折射率相同，傳播速度相同在晶體內(nèi)各個(gè)方向上折射率相同，傳播速度相同 o光（光（） e光（光（）一束光在晶體內(nèi)各個(gè)方向上折射率不同，傳播速度不同一束光在晶體內(nèi)各個(gè)方向上折射率不同，傳播速度不同1）光線入射到各向異性晶體表面時(shí)）光線入射到各向異性晶體表面時(shí) 二束折射光二束折射光 光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體30o光：振動(dòng)方向垂直于光：振動(dòng)方向垂直于o光的主平面光的主平面e光：振動(dòng)方向平行于光：振動(dòng)方向平行于e光的主平面光的主平面4

11、）光軸與某光線組成的平面）光軸與某光線組成的平面 該光線的主平面該光線的主平面一般來(lái)說(shuō)，一般來(lái)說(shuō)，o光主平面和光主平面和e光主平面不重合，光主平面不重合，只有當(dāng)光軸只有當(dāng)光軸位于入射面內(nèi)時(shí)，兩主平面重合。位于入射面內(nèi)時(shí)，兩主平面重合。此時(shí)此時(shí)o光、光、e光是兩個(gè)光是兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直的偏振光。振動(dòng)方向互相垂直的偏振光。2）o光、光、e光都是線偏振光光都是線偏振光3）雙折射晶體中存在一）雙折射晶體中存在一 光線沿這一方向入射時(shí)，不發(fā)生雙折射光線沿這一方向入射時(shí)，不發(fā)生雙折射單軸晶體單軸晶體 ：方解石、石英、紅寶石：方解石、石英、紅寶石雙軸晶體雙軸晶體 ：云母、藍(lán)寶石：云母、藍(lán)寶石312:01I

12、I 起偏后光強(qiáng)馬呂斯定律檢偏后光強(qiáng)212cos:II .i0i0n1n2900rtgi0n1n2=n21. . . . . .32o光（光（）：）： 沿各方向沿各方向傳播速度相同傳播速度相同, no=恒量恒量 偏振光，振動(dòng)方向垂直于偏振光，振動(dòng)方向垂直于o光的主平面光的主平面e光（光（）：）： 沿各方向沿各方向傳播速度不相同傳播速度不相同, ne=恒量恒量 偏振光，振動(dòng)方向平行于偏振光，振動(dòng)方向平行于e光的主平面光的主平面光線沿這方向入射時(shí)，不發(fā)生雙折射光線沿這方向入射時(shí)，不發(fā)生雙折射當(dāng)光軸位于入射面內(nèi)時(shí)，兩主平面重合當(dāng)光軸位于入射面內(nèi)時(shí)，兩主平面重合,此時(shí)此時(shí)o光、光、e光是兩個(gè)振動(dòng)方向互相

13、垂直的偏振光。光是兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直的偏振光。33 由于各向異性介質(zhì)在不同方向上的物理性能不同，因而它的電磁學(xué)特性（，）隨方向不同而不同。隨方向不同而不同折射率以及晶體的度所以光在晶體內(nèi)傳播速由于nvvcnv,1oooovcnnrio（常數(shù)）光：sinsin為一常數(shù)ov34eevcnnrie（不是常數(shù)）光：sinsin不為常數(shù)ev垂直于光軸方向的傳播速度垂直于光軸方向的傳播速度eeevcnv垂直光軸方向垂直光軸方向：兩束光傳播速度相差最大兩束光傳播速度相差最大沿光軸方向沿光軸方向：,/eovv o o光、光、e e光波面在光軸方向相切光波面在光軸方向相切oeoennvv,正晶體：正晶體：石英

14、石英SiO2oeoennvv,負(fù)晶體：負(fù)晶體：方解石方解石CaCO3光軸光軸vevo*光軸光軸vove*波面波面e波面波面ovcn 35oeoennvv,方解石方解石單軸負(fù)晶體：?jiǎn)屋S負(fù)晶體：光軸光軸vove*n=e1.4864 1.6584vmaxvminn=o1.658436ooee *光線入射到晶體表面時(shí)，波陣面上每一個(gè)子波波源都光線入射到晶體表面時(shí)，波陣面上每一個(gè)子波波源都向晶體內(nèi)分別發(fā)出球面子波（向晶體內(nèi)分別發(fā)出球面子波（o光）和光）和橢球面子波（橢球面子波（e光）光） *同一時(shí)刻，各子波包絡(luò)面就是光線傳播的波面同一時(shí)刻，各子波包絡(luò)面就是光線傳播的波面光束斜入射(1).光軸在入射面內(nèi),

15、與晶面斜交i光軸光束垂直入射光軸 *從入射點(diǎn)引向相應(yīng)波陣面切點(diǎn)的連線方向就是晶體中從入射點(diǎn)引向相應(yīng)波陣面切點(diǎn)的連線方向就是晶體中o 光和光和e光的傳播方向光的傳播方向oeoeO光光e光光主主平平面面重重合合光主平面光主平面光振動(dòng)光振動(dòng)oo光主平面光主平面光振動(dòng)光振動(dòng) ee/37O,e二光束同方向行進(jìn)， 但速度大小不一樣。(3).光軸與入射面垂直,與晶面平行(2).光軸在入射面內(nèi),與晶面平行,光束垂直入射。光軸光軸光軸vove*光束斜入射i光軸ooeeO光、光、e光主平面不重合光主平面不重合光主平面光主平面光振動(dòng)光振動(dòng)oo光主平面光主平面光振動(dòng)光振動(dòng) ee/僅在此情況下，僅在此情況下，o光光e光

16、均遵循折射定律光均遵循折射定律38光軸光軸t1.658on 1.486en 如圖所示，一束自然光以入射角如圖所示，一束自然光以入射角i=450入射到方解石晶入射到方解石晶體上，方解石晶體光軸垂直于紙面。方解石對(duì)體上，方解石晶體光軸垂直于紙面。方解石對(duì)o光和光和e光的折射率分別為：光的折射率分別為：在圖中標(biāo)出哪一束是在圖中標(biāo)出哪一束是o光，哪一束是光，哪一束是e光？并畫出光矢光？并畫出光矢量的振動(dòng)方向。量的振動(dòng)方向。解：折射定律解：折射定律21sinsinnnri s nnsinsiieooenrniroe025.25or 028.41er i39902268AMCN1. 尼科爾棱鏡尼科爾棱鏡. .自然光自然光n加加=1.55n =e1.516n=1.