鱼点难点指导 第十七章光的偏振 1.基本概念 (1)光波是横波,偏振是横波特有的现象。 (2)光矢量:光是电磁波,电磁波中的E矢量,即电矢量,又称光矢量或光振动矢量。 (3)光波的振动面:光的振动方向和传播方向组成的平面 (4)光的偏振:光的振动方向在振动面内不对称分布的现象。 (5)偏振化方向:偏振片只允许沿某个方向的光矢量或光振动的分量透过,这个方向 称为偏振化方向或透光方向 (6光的五种偏振态: ①自然光:光矢量的振动在垂直于光传播方向的各方向上对称分布,振幅完全相等, 各个方向的振动彼此间无固定相位差,为非偏振光。 ②部分偏振光:光振动虽然在垂直于光传播方向的各方向上都有,但振幅的大小不 同,是介于自然光与完全偏振光之间的偏振状态。 ③线偏振光:光矢量始终沿某一方向振动,又称平面偏振光。 ④圆偏振光:光矢量端点的轨迹为圆的偏振光,圆偏振光可以看成是振幅相同,相 位差为±丌/2的两垂直光振动的合成 ⑤椭圆偏振光:光矢量端点的轨迹为椭圆的偏振光,椭圆偏振光也可以看成是两垂 直振动的合成,两者振幅不等,具有一相位差Δφ,Δφ≠kx。线偏振光、圆偏振光、 椭圆偏振光都属于完全偏振光。 2.起偏与检偏 1)起偏
重点难点指导 第十七章 光的偏振 1．基本概念 (1)光波是横波，偏振是横波特有的现象。 (2)光矢量：光是电磁波，电磁波中的 E 矢量，即电矢量，又称光矢量或光振动矢量。 (3)光波的振动面：光的振动方向和传播方向组成的平面。 (4)光的偏振：光的振动方向在振动面内不对称分布的现象。 (5)偏振化方向：偏振片只允许沿某个方向的光矢量或光振动的分量透过，这个方向 称为偏振化方向或透光方向。 (6)光的五种偏振态： ①自然光：光矢量的振动在垂直于光传播方向的各方向上对称分布，振幅完全相等， 各个方向的振动彼此间无固定相位差，为非偏振光。 ②部分偏振光：光振动虽然在垂直于光传播方向的各方向上都有，但振幅的大小不 同，是介于自然光与完全偏振光之间的偏振状态。 ③线偏振光：光矢量始终沿某一方向振动，又称平面偏振光。 ④圆偏振光：光矢量端点的轨迹为圆的偏振光，圆偏振光可以看成是振幅相同，相 位差为 / 2 的两垂直光振动的合成。 ⑤椭圆偏振光：光矢量端点的轨迹为椭圆的偏振光，椭圆偏振光也可以看成是两垂 直振动的合成，两者振幅不等，具有一相位差 ， k 。线偏振光、圆偏振光、 椭圆偏振光都属于完全偏振光。 2． 起偏与检偏 1）起偏
一般光源发出的光都是自然光,通过某种装置使自然光成为偏振光的过程称为起偏 相应的装置称为起偏器。 2)检偏 起偏器也可以用来检验某一束光是否为偏振光,线偏振光通过偏振片时,旋转偏振 片,透射光光强将发生周期性变化,且有消光现象,这一过程称为检偏,相应的装置称 为检偏器。 3)马吕斯定律 强度为l的偏振光,通过检偏器后的强度为:I=l0cos2a。 式中α为入射偏振光振动方向与偏振片偏振化方向(也就是透射偏振光振动方向) 之间的夹角。 3.偏振光的获得方法 1)自然光透过偏振片获得偏振光 光强度为10的自然光射到偏振片上,只有平行于偏振化S 方向的光振动能透过,使得透射光成为线偏振光,透射光光 M 强Ⅰ=l0/2。 2)通过折射、反射获得偏振光 R (1)自然光在折射率分别为n1和n2的两种介质的界面上反 射时,反射光和折射光都是部分偏振光(如图1),反射光中垂直于入射面的光振动占优 势,透射光中平行于入射面的光振动占优势 (2)布儒斯特定律:当自然光的入射角满足条件: tan i=,a+y=/2时,反 射光中只有垂直于入射面的振动为完全偏振光。该实验定律称为布儒斯特定律,相应的
一般光源发出的光都是自然光，通过某种装置使自然光成为偏振光的过程称为起偏。 相应的装置称为起偏器。 2）检偏 起偏器也可以用来检验某一束光是否为偏振光，线偏振光通过偏振片时，旋转偏振 片，透射光光强将发生周期性变化，且有消光现象，这一过程称为检偏，相应的装置称 为检偏器。 3）马吕斯定律 强度为 0 I 的偏振光，通过检偏器后的强度为： 2 0 I I cos 。 式中 为入射偏振光振动方向与偏振片偏振化方向（也就是透射偏振光振动方向） 之间的夹角。 3．偏振光的获得方法 1）自然光透过偏振片获得偏振光 光强度为 0 I 的自然光射到偏振片上，只有平行于偏振化 方向的光振动能透过，使得透射光成为线偏振光，透射光光 强 I I0 / 2。 2）通过折射、反射获得偏振光 (1)自然光在折射率分别为n1和n2的两种介质的界面上反 射时，反射光和折射光都是部分偏振光（如图 1），反射光中垂直于入射面的光振动占优 势，透射光中平行于入射面的光振动占优势。 (2)布儒斯特定律：当自然光的入射角满足条件： 1 2 tan n n iB ，iB / 2 时，反 射光中只有垂直于入射面的振动为完全偏振光。该实验定律称为布儒斯特定律，相应的 1 n 2 n M M R R S I i i 图 1
入射角称为布儒斯特角或起偏角 (3)晶体双折射产生偏振光 光线进入各向异性晶体后,分成两束光线沿不同方向折射的现象称双折射。其中 束光遵守折射定律,称为寻常光(o光),另一束光不遵守折射定律,称为非常光(e光) o光和e光都是线偏振光。 4.偏振光的干涉 1)圆偏振光与椭圆偏振光 振幅为A的线偏振光垂直入射到光轴与晶面平行的双折射晶片上,若偏振光的光振 动方向与晶片光轴成α角,入射光在晶片内将分解成光振动垂直于光轴方向、振幅 A= asin a的o光和光振动沿光轴方向、振幅A= acos的e光,这两束光在晶片中 沿同一方向传播,但具有不同的传播速率,通过晶片后两者的相位差为 A=元(%-n)d,其中为入射单色光波长,,几分别为0光、c光的主折射率 如果晶片厚度d使得△φ=kx,k=0,±1±2…,透过晶片后,两者叠加,仍为线偏振 光:如果晶片厚度d使得Δφ为kπ以外的值,透过晶片后,两者叠加,合成为椭圆偏振 光,若=45°A=Ae,则出射光为圆偏振光 2)四分之一波片与二分之一波片 四分之一波片:使o光和e光的光程差δ=2/4的晶片,称为四分之一波片,或A/4 波片。用四分之一波片可以将线偏振光变为椭圆(或圆)偏振光,反之,用四分之一波 片也可以使椭圆(或圆)偏振光变为线偏振光 分之一波片:使o光和e光的光程差=A/2的晶片,称为二分之一波片,或A/2 波片。线偏振光通过二分之一波片仍为线偏振光,其光振动方向跨光轴改变2a角度
入射角 B i 称为布儒斯特角或起偏角。 (3)晶体双折射产生偏振光 光线进入各向异性晶体后，分成两束光线沿不同方向折射的现象称双折射。其中一 束光遵守折射定律，称为寻常光（o 光），另一束光不遵守折射定律，称为非常光（e 光）， o 光和 e 光都是线偏振光。 4．偏振光的干涉 1）圆偏振光与椭圆偏振光 振幅为 A 的线偏振光垂直入射到光轴与晶面平行的双折射晶片上，若偏振光的光振 动方向与晶片光轴成 角，入射光在晶片内将分解成光振动垂直于光轴方向、振幅 A0 Asin 的 o 光和光振动沿光轴方向、振幅 A0 Acos 的 e 光，这两束光在晶片中 沿 同 一 方 向 传 播 ， 但 具 有 不 同 的 传 播 速 率 ， 通 过 晶 片 后 两 者 的 相 位 差 为 ： (n ne )d 2 0 ，其中 为入射单色光波长，n0，ne分别为 o 光、e 光的主折射率。 如果晶片厚度 d 使得 k ， k 0,1,2, ，透过晶片后，两者叠加，仍为线偏振 光；如果晶片厚度 d 使得 为 k 以外的值，透过晶片后，两者叠加，合成为椭圆偏振 光，若 =45°A0=Ae，则出射光为圆偏振光。 2）四分之一波片与二分之一波片 四分之一波片：使 o 光和 e 光的光程差 / 4 的晶片，称为四分之一波片，或 / 4 波片。用四分之一波片可以将线偏振光变为椭圆（或圆）偏振光，反之，用四分之一波 片也可以使椭圆（或圆）偏振光变为线偏振光。 二分之一波片：使 o 光和 e 光的光程差 / 2 的晶片，称为二分之一波片，或 / 2 波片。线偏振光通过二分之一波片仍为线偏振光，其光振动方向跨光轴改变 2 角度
3)偏振光的干涉 两透光方向相互垂直的正交偏振片P1,P2之间放一波片,能实现偏振光的干涉,经 过P后的线偏振光在晶体内分解成0光和e光,经晶体后产生相位差△=2(0-n2)d 最后被P投影到同一方向上,因而能发生干涉(如图2),出射 光强度为 B C =A+A2+2A4cos(△)a 0光、e光在P2上的投影相位差△=0(P,P2在光轴CCP P 的同一侧)或丌(P,P2分居在光轴CC"的两侧), △O+△ d+△q
3）偏振光的干涉 两透光方向相互垂直的正交偏振片 P1，P2 之间放一波片，能实现偏振光的干涉，经 过P1后的线偏振光在晶体内分解成 o光和e光，经晶体后产生相位差 (n ne )d 2 0 ， 最后被 P2 投影到同一方向上，因而能发生干涉（如图 2），出射 光强度为： 2 cos( )总 2 2 I Ae Ao AeAo o 光、e 光在 P2上的投影相位差 0 （ 1 2 P,P 在光轴 CC 的同一侧）或 （ 1 2 P,P 分居在光轴 CC 的两侧）， n n d o e ( ) 2 ( )总 P1 P2 A1 Ae A2e Ao A2o P1 P2 C C 图 2