大學物理-光的偏振

1、§1 光的偏振狀態(tài),一. 線偏振光,線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解,第三章 光的偏振 (Polarization of light),線偏振光的表示法：,二. 自然光,一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。,自然光的表示法：,三. 部分偏振光,部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。,部分偏振光的表示法：,四. 圓偏振光, 橢圓偏振光,五. 偏振度,Ip

2、 —部分偏振光中包含的完全偏振光的強度,It —部分偏振光的總強度,In —部分偏振光中包含的自然光的強度,完全偏振光 (線、圓、橢圓 ) P =1,自然光 ( 非偏振光 ) P = 0,部分偏振光 0 < P < 1,偏振度的另一種表示：,§2 偏振片的起偏和檢偏，馬呂斯定律,一. 起偏,起偏的原理：利用某種光學的不對稱性,偏振片,微晶型,分子型,起偏：從自然光獲

3、得偏振光,起偏器: 起偏的光學器件,非偏振光I0,線偏振光 I,偏振化方向 (透振方向),,二. 馬呂斯定律,,,I0,I,偏振片的起偏,??馬呂斯定律（1809）,——消光,三. 檢偏,用偏振器件分析、檢驗光的偏振態(tài),思考：,I不變?？是什么光,I變，有消光?？是什么光,I變，無消光?？是什么光,§3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振,一. 反射和折射時光的偏振,i = i0 時，反射光只有S分量,i 0 — 布儒斯

4、特角或 起偏角,i0 +r0 = 90O,由,有,—布儒斯特定律 (1812年),若 n1 =1.00 (空氣)，n2 =1.50 (玻璃)，則：,二. 玻璃片堆起偏和檢偏,1. 起偏,當i =i0時,自然光從空氣→玻璃,2. 檢偏 ...,玻璃片堆,*三. 散射光的偏振,1.散射光的產生,2.散射光的偏振,§4 光在晶體中的傳播, 雙折射,,方解石,o,e,一. 雙折射的概念,1. 雙折射,n1,n2,,,,,,i,ro

5、,re,(各向異性媒質),自然光,o光,e光,,,,2.尋常光和非尋常光,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。,3. 晶體的光軸,當光在晶體內沿某個特殊方向傳播時不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。,例如，方解石晶體(冰洲石),光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。,單軸晶體：只有一個光軸的晶體,雙軸晶體：有兩個光軸的晶體,4. 主平面和主截面,主平面：晶體中光的傳播方向與晶

6、體 光軸構成的平面。,主截面：晶體表面的法線與晶體光 軸構成的平面。,二. 晶體的主折射率，正晶體、負晶體,光矢量振動方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同。,o光:,e光:,n0 ，ne稱為晶體的主折射率,正晶體 : ne> no,負晶體 : ne< no,(?e< ?o),(?e>?o),三. 單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法(?e>

7、;?o),1. 光軸平行晶體表面，自然光垂直入射,o, e在方向上雖沒分開，但速度上是分開的。,2. 光軸平行晶體表面，且垂直入射面， 自然光斜入射,3. 光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射,此時e光的波面不再與其波射線垂直了,§5 晶體光學器件,一. 晶體起偏器件,1. 晶體的二向色性、晶體偏振器,某些晶體對o光和e光的吸收有很大差異，這叫晶體的二向色性,電氣石,可產生線偏振光,2. 偏振棱鏡,偏光鏡: 格蘭─

8、湯姆孫棱鏡,偏光分束鏡 :沃拉斯頓棱鏡,光軸的取向使o光、e光對應的恰是no、 ne 。,no (1.6584)＞n (1.55)＞ne(1.4864),方解石 n0＞ne,二. 晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏,1. 晶片─相位延遲片,晶片是光軸平行表面的晶體薄片。,通過厚為d的晶片，o、e光產生相位差：,振幅關系,從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動方向相互垂直、頻率相等、相位差??的線偏振光，它們合成為一束橢圓偏振光。,時為圓偏振

9、光,2. 波（晶）片,(1) 四分之一波片,—— 線偏振光→圓偏振光,—— 線偏振光→線偏振光,從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）,——線偏振光→橢圓偏振光,(2) 二分之一波片,使線偏振光振動面轉過2? 角度,(3) 全波片,三. 橢圓與圓偏振光的檢偏,用四分之一波片和偏振片P可區(qū)分出自然光和圓偏振光或部分偏振光和橢圓偏振光,四分之一波片,偏振片（轉動）,以入射光方向為軸,,四分之一波片,偏振片（轉動）,光軸平行最大光強或最小光強

10、方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置,,,§6 偏振光的干涉,一. 偏振光干涉裝置,二. 偏振光干涉的分析,1. 振幅關系,在P2 后，兩束光振動方向平行，振幅為：,通過晶體C后,此兩束光合成為一束橢圓偏振光,通過P2 后,（若P1、P2夾角小于?，則無附加相差?）,2. 相位關系,—相長干涉,—相消干涉,若單色光入射，且d不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋。,三. 色偏振,白光入射，晶片d均勻,屏上由于某種顏色干涉相消

11、，而呈現(xiàn)它的互補色這叫（顯）色偏振。,若d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。,如 紅色相消→綠色；藍色相消→黃色，,§7 人工雙折射,人為地造成各向異性，而產生雙折射。,一. 光彈效應(應力雙折射效應),應力→各向異性→?各向不同→n各向不同,在一定應力范圍內：,各處 不同→各處 不同→出現(xiàn)干涉條紋,變→ 變→干涉情況變。,二. 電光效應,電光效應也叫電致雙折射效應,1.克爾效應 (1875年),不加

12、電場→液體各向同性→P2不透光,加電場→液體呈單軸晶體性質，,——二次電光效應,E — 電場強度，k — 克爾常數(shù),克爾效應引起的相位差為：,克爾盒相當于半波片， P2透光最強 。,時，,光軸平行 ? P2透光,2. 泡克爾斯效應(1893年),硝基苯 ，若l =3cm,d=0.8cm,λ=600nm的黃光，則產生?? k=?時的電壓

13、 。,克爾盒的應用 : ...克爾盒的缺點 : ...,不加電場→ P2 不透光,加電場→晶體變雙軸晶體→原光軸方,泡克爾斯效應引起的相位差,—— 線性電光效應,no—o光在晶體中的折射率；V —電壓；r — 電光常數(shù)。,應用 :,三. 磁致雙折射,科頓—穆頓效應,向附加了雙折射效應→ P2 透光。,§8 旋光現(xiàn)象,一. 物質的旋光性,使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉,,,,?,?,,,a — 旋光率,

14、,二. 菲涅耳的解釋,線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的左(L )、右(R )旋圓偏振光的合成。,旋轉的角度：,光通過旋光物質后，初相要滯后,設入射時L、R初相為0，旋光物質長d,在出射面上:,由圖示，有：,令,—— 旋光率,則,三. 量糖術,對溶液有,── 溶液的旋光率,c ── 溶液的濃度,── 溶液的比旋光率,“量糖計”,四. 磁致旋光,旋轉的角度,V─費德爾常量，,對自然旋光物質，振動面的左旋或右旋是由旋光物質本