大學(xué)物理 光的偏振課件

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1、首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出1會(huì)聚光的會(huì)聚光的電光效應(yīng)電光效應(yīng)應(yīng)應(yīng)力力雙雙折折射射首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出2一、橫波的偏振一、橫波的偏振性性 光的干涉和衍射現(xiàn)象不能分辨光波是橫波還是縱波，因光的干涉和衍射現(xiàn)象不能分辨光波是橫波還是縱波，因 為這兩種波都能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。為這兩種波都能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。沿縱波的傳播方向作任意平面，波的運(yùn)動(dòng)情況相同，具有對(duì)沿縱波的傳播方向作任意平面，波的運(yùn)動(dòng)情況相同，具有對(duì)稱性，即稱性，即 縱波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向是軸對(duì)稱的?？v波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向是軸對(duì)稱的。光的光的偏振現(xiàn)象則清楚地顯示了光的橫波性。偏振現(xiàn)象則清楚地顯示了光的橫波性

2、。光的偏振也是肯定光是電磁波的根據(jù)之一。光的偏振也是肯定光是電磁波的根據(jù)之一。由于光的偏振，使光的傳播又出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)。由于光的偏振，使光的傳播又出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出31 1、偏振、偏振 波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，叫偏振。波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，叫偏振。橫波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向不是軸對(duì)稱的。橫波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向不是軸對(duì)稱的。這就是說(shuō)，橫波具有偏振性，而縱波不具備偏振性。這就是說(shuō)，橫波具有偏振性，而縱波不具備偏振性。光是橫波，應(yīng)該具有偏振性。光是橫波，應(yīng)該具有偏振性。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出4 2

3、2、振動(dòng)面的概念、振動(dòng)面的概念 振動(dòng)方向與傳播方向組成的平面。振動(dòng)方向與傳播方向組成的平面。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出5cExyz二、自然光二、自然光1 1、自然光是非偏振光、自然光是非偏振光其根源仍在熱原子發(fā)光具有間歇性和獨(dú)立性。其根源仍在熱原子發(fā)光具有間歇性和獨(dú)立性。一串光波列是橫波。但從宏觀上看，光源發(fā)出的光中包含了一串光波列是橫波。但從宏觀上看，光源發(fā)出的光中包含了所有方向的光振動(dòng)，振動(dòng)面可以分布在一切可能的方位，任何所有方向的光振動(dòng)，振動(dòng)面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量對(duì)時(shí)間的平均值是相等的。方向光矢量對(duì)時(shí)間的平均值是相等的。S所以自然光的光振動(dòng)對(duì)光的傳播

4、方向是軸對(duì)稱而又均勻分布的。所以自然光的光振動(dòng)對(duì)光的傳播方向是軸對(duì)稱而又均勻分布的。光波雖然是橫波，但普通光源發(fā)出的光是自然光，不是偏振光。光波雖然是橫波，但普通光源發(fā)出的光是自然光，不是偏振光。普通光源中每個(gè)原子所發(fā)出的光其普通光源中每個(gè)原子所發(fā)出的光其位相關(guān)系位相關(guān)系及及振動(dòng)方向振動(dòng)方向都是都是隨機(jī)隨機(jī)的。的。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出6 光振動(dòng)的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既有時(shí)間分布光振動(dòng)的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既有時(shí)間分布的均勻性，又有空間分布的均勻性，具有這種特性的光就叫的均勻性，又有空間分布的均勻性，具有這種特性的光就叫自自然光然光 。(或者說(shuō)，具有或

5、者說(shuō)，具有各個(gè)方向各個(gè)方向的光振動(dòng)的光振動(dòng)，且又，且又無(wú)固定的位無(wú)固定的位相關(guān)系相關(guān)系的光的光)。結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光的隨機(jī)性所破壞或掩蓋。結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光的隨機(jī)性所破壞或掩蓋。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出72 2、自然光的分解、自然光的分解一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)總可以分解為兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)。一個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)總可以分解為兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)。自然光在各個(gè)方向上都有振動(dòng)，其自然光在各個(gè)方向上都有振動(dòng)，其中每個(gè)振動(dòng)都可以這樣分解，即中每個(gè)振動(dòng)都可以這樣分解，即iyyixxAAAAyxAA 由對(duì)稱性知，有由對(duì)稱性知，有所以，所以，沒(méi)有一個(gè)方向的振動(dòng)優(yōu)于其它方向。這個(gè)結(jié)果沒(méi)有一個(gè)方向

6、的振動(dòng)優(yōu)于其它方向。這個(gè)結(jié)果與坐標(biāo)系與坐標(biāo)系無(wú)關(guān)。無(wú)關(guān)。cosiixAA siniiyAA iyixAA 且一般且一般 iAiyAixAyx例如，一個(gè)振幅為的振動(dòng)可分解為例如，一個(gè)振幅為的振動(dòng)可分解為首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出8SuxyS.uS 表示該光的振動(dòng)面就在紙平面內(nèi)。表示該光的振動(dòng)面就在紙平面內(nèi)。表示該光的振動(dòng)方向垂直于紙平面；表示該光的振動(dòng)方向垂直于紙平面；3 3、自然光的表示、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，在各個(gè)方由于自然光的波振幅在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，在各個(gè)方向上的分布平均相等，因此將波振幅在該平面內(nèi)向任意的兩個(gè)正向上的分布平均相

7、等，因此將波振幅在該平面內(nèi)向任意的兩個(gè)正交方向進(jìn)行分解，都可以得到兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直且振幅相等交方向進(jìn)行分解，都可以得到兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直且振幅相等的振動(dòng)，故此自然光常用下圖表示：的振動(dòng)，故此自然光常用下圖表示：首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出9三、部分偏振光，線（面，全）偏振光三、部分偏振光，線（面，全）偏振光 若沿某一方向的光振動(dòng)優(yōu)于其他方向，則謂之部分偏振光若沿某一方向的光振動(dòng)優(yōu)于其他方向，則謂之部分偏振光,表示為表示為 若只有沿某一方向的光振動(dòng)，則謂之線（面、全）偏振光，若只有沿某一方向的光振動(dòng)，則謂之線（面、全）偏振光，表示為表示為例例：晴朗蔚藍(lán)色的天空中所散射的日光

8、多是部分偏振光，散射晴朗蔚藍(lán)色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光與入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高光與入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出10一、偏振片的起偏、檢偏一、偏振片的起偏、檢偏 1 1、偏振器：把自然光變成為全偏振光的儀器。、偏振器：把自然光變成為全偏振光的儀器。有些晶體（例如硫酸金雞鈉鹼）對(duì)互相垂直的兩個(gè)分振動(dòng)有些晶體（例如硫酸金雞鈉鹼）對(duì)互相垂直的兩個(gè)分振動(dòng) 光矢量具有選擇性吸收，這種現(xiàn)象稱作晶體的二向色性。光矢量具有選擇性吸收，這種現(xiàn)象稱作晶體的二向色性。偏振器偏振器透光軸透光軸自然光自然光偏振光偏振光起偏起

9、偏：把自然光變成偏振光。把自然光變成偏振光。自然光通過(guò)這種晶體薄片后，自然光通過(guò)這種晶體薄片后，只剩下一個(gè)方向的振動(dòng)，而只剩下一個(gè)方向的振動(dòng)，而 另一個(gè)方向的振動(dòng)則被吸收。另一個(gè)方向的振動(dòng)則被吸收。這種晶體薄片就可做偏振片。這種晶體薄片就可做偏振片。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出11 自然光通過(guò)偏振片后即成為線偏振光，線偏振光的振動(dòng)方自然光通過(guò)偏振片后即成為線偏振光，線偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向相同。此時(shí)的偏振片稱為起偏器。向與偏振片的偏振化方向相同。此時(shí)的偏振片稱為起偏器。偏振片上允許通過(guò)光振動(dòng)的方向叫做偏振片的偏振化方向。偏振片上允許通過(guò)光振動(dòng)的方向叫做偏振片的偏振

10、化方向。也叫透光軸。也叫透光軸。2 2、偏振片的偏振化方向、偏振片的偏振化方向 若入射自然光的光強(qiáng)為若入射自然光的光強(qiáng)為I0 0，其通過(guò)偏振片后，光強(qiáng)降為，其通過(guò)偏振片后，光強(qiáng)降為I0 0/2/2。0I021I首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出12 自然光通過(guò)起偏器后成為偏振光，這時(shí)旋轉(zhuǎn)偏振片就可得到自然光通過(guò)起偏器后成為偏振光，這時(shí)旋轉(zhuǎn)偏振片就可得到不同方向的偏振光?？墒侨搜蹖?duì)光振動(dòng)的方向不敏感，無(wú)論怎不同方向的偏振光?？墒侨搜蹖?duì)光振動(dòng)的方向不敏感，無(wú)論怎樣旋轉(zhuǎn)偏振片，都感覺(jué)不到光強(qiáng)的變化。樣旋轉(zhuǎn)偏振片，都感覺(jué)不到光強(qiáng)的變化。偏振片轉(zhuǎn)一周偏振片轉(zhuǎn)一周消光消光線偏光線偏光部分偏光部分

11、偏光強(qiáng)度變，無(wú)強(qiáng)度變，無(wú)消光消光自然光自然光強(qiáng)度不變強(qiáng)度不變透光軸透光軸3 3、自然光、偏振光、部分偏振光的檢驗(yàn)、自然光、偏振光、部分偏振光的檢驗(yàn) 如果入射的是線偏振光，若偏振化方向與線偏振光的振動(dòng)如果入射的是線偏振光，若偏振化方向與線偏振光的振動(dòng)方向成方向成9090角，則線偏振光將完全不能通過(guò)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏角，則線偏振光將完全不能通過(guò)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，在視場(chǎng)中就可看到光強(qiáng)的明顯變化，并有消光現(xiàn)象。振片時(shí)，在視場(chǎng)中就可看到光強(qiáng)的明顯變化，并有消光現(xiàn)象。如果入射的是部分偏振如果入射的是部分偏振光，則轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，視場(chǎng)光，則轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，視場(chǎng)中光強(qiáng)有變化，但不十分明中光強(qiáng)有變化，但不十分明

12、顯，無(wú)消光現(xiàn)象。顯，無(wú)消光現(xiàn)象。應(yīng)用應(yīng)用：制成安全汽車燈；：制成安全汽車燈；在大房間內(nèi)的風(fēng)洞上在大房間內(nèi)的風(fēng)洞上裝上兩塊可自由旋轉(zhuǎn)的偏裝上兩塊可自由旋轉(zhuǎn)的偏振片，可使室內(nèi)光線具有振片，可使室內(nèi)光線具有浪漫色彩。浪漫色彩。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出13 光強(qiáng)為光強(qiáng)為I0 0的線偏振光，當(dāng)其振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方的線偏振光，當(dāng)其振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方 向的成向的成角時(shí)，則透過(guò)偏振片的光強(qiáng)為：角時(shí)，則透過(guò)偏振片的光強(qiáng)為：2cosOII 注意兩點(diǎn)：注意兩點(diǎn)：入射光必須是線偏振光，不是自然光；入射光必須是線偏振光，不是自然光；是與是與coscos2 2正比，而不是與正比，而不是

13、與coscos正比。正比。二、馬呂斯定律二、馬呂斯定律AI0I首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出14 證明：證明：設(shè)入射線偏振光的振幅為設(shè)入射線偏振光的振幅為A A0 0，其振動(dòng)方向沿，其振動(dòng)方向沿OMOM方向，與偏方向，與偏振片的偏振化方向振片的偏振化方向ONON成成角。由于只有平行于偏振化方向的振角。由于只有平行于偏振化方向的振動(dòng)動(dòng)A A/才能透過(guò)，由圖可知：才能透過(guò)，由圖可知：A/A0AoMNcos/0AA 而光強(qiáng)而光強(qiáng) I I A A2 2 202/AAIIOaII20cos202)cos(AaAo首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出15偏振器偏振器自然光自然光檢偏器

14、檢偏器I I1 1I I2 2 如果入射到檢偏片的線偏振光是穿過(guò)起偏器的光，則公式如果入射到檢偏片的線偏振光是穿過(guò)起偏器的光，則公式 中的中的角就是兩偏振片的偏振化方向之間的夾角。角就是兩偏振片的偏振化方向之間的夾角。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出16例例14141 1 一束自然光入射到由四個(gè)偏振片組成的偏振片組上，一束自然光入射到由四個(gè)偏振片組成的偏振片組上，四個(gè)偏振片的放置為：每個(gè)偏振片偏振化方向相對(duì)于前面一片四個(gè)偏振片的放置為：每個(gè)偏振片偏振化方向相對(duì)于前面一片順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)3030角，設(shè)入射光強(qiáng)為角，設(shè)入射光強(qiáng)為I0 0，則通過(guò)第二片后光強(qiáng)變?yōu)?，則通過(guò)第二片后光強(qiáng)變

15、為-，通過(guò)第四片后光強(qiáng)變?yōu)椋ㄟ^(guò)第四片后光強(qiáng)變?yōu)?。0121II 212cosII 202321I083I223cosII 2023329I0329I234cosII 202383I012827I0II1I2I3I4首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出17例例14142 2用相互平行的一束自然光和一束線偏振光構(gòu)成的混用相互平行的一束自然光和一束線偏振光構(gòu)成的混合光垂直照射在一偏振片上，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片合光垂直照射在一偏振片上，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，發(fā)現(xiàn)透射光強(qiáng)的最大值為最小值的時(shí)，發(fā)現(xiàn)透射光強(qiáng)的最大值為最小值的5 5倍，則入射光中，自倍，則入射光中，自然光強(qiáng)然光強(qiáng)

16、I0 0與線偏振光強(qiáng)與線偏振光強(qiáng)I之比為。之比為。解：自然光經(jīng)過(guò)偏振片后的光強(qiáng)：解：自然光經(jīng)過(guò)偏振片后的光強(qiáng)：0121II 而線偏振光經(jīng)過(guò)偏振片后的光強(qiáng)：而線偏振光經(jīng)過(guò)偏振片后的光強(qiáng)：022III相互垂直時(shí)：相互平行時(shí)：則經(jīng)過(guò)偏振片后的光強(qiáng)最大值是：則經(jīng)過(guò)偏振片后的光強(qiáng)最大值是：II 021最小值是：最小值是：021I 由題意知：由題意知：5212100III因此：因此：210II首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出18一、反射光和折射光的偏振一、反射光和折射光的偏振 光在兩種介質(zhì)界面上的行為比較復(fù)雜。例如傳播方向可能光在兩種介質(zhì)界面上的行為比較復(fù)雜。例如傳播方向可能改變，能流（即振幅

17、）將重新分配，位相可能突變。下面的討改變，能流（即振幅）將重新分配，位相可能突變。下面的討論表明，在界面上可能還有偏振特性的改變。論表明，在界面上可能還有偏振特性的改變。在一般情況下，反射光在一般情況下，反射光和折射光都是部分偏振光。和折射光都是部分偏振光。n2n1ir 反射光中是垂直入射反射光中是垂直入射面的面的E E矢量占優(yōu)勢(shì)，在折矢量占優(yōu)勢(shì)，在折射光中則是平行入射面的射光中則是平行入射面的E E矢量占優(yōu)勢(shì)。矢量占優(yōu)勢(shì)。反射光、折射光的偏反射光、折射光的偏振化程度隨入射角振化程度隨入射角i而變。而變。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出19 二布儒斯特定律二布儒斯特定律當(dāng)入射角為某

18、角度當(dāng)入射角為某角度 i0 0 ，即滿足，即滿足120nntgi 時(shí)，反射光中只有垂直入射面的時(shí)，反射光中只有垂直入射面的矢量而成為線偏振光，但折矢量而成為線偏振光，但折射光仍為部分偏振光，這一規(guī)律稱之為布儒斯特定律。射光仍為部分偏振光，這一規(guī)律稱之為布儒斯特定律。使反射光成為全偏振光使反射光成為全偏振光時(shí)的入射角時(shí)的入射角i0 0稱為布儒斯稱為布儒斯特角。特角。n2n10i0r 當(dāng)入射角為布儒斯特當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)，反射線和折射線互角時(shí)，反射線和折射線互相垂直，即有相垂直，即有2/00i首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出20證明：證明：由折射定律由折射定律1200sinsinn

19、ni由布儒斯特定律有：由布儒斯特定律有：12000cossinnniitgii0i0n1n2自然光自然光完全偏光完全偏光部分偏光部分偏光90o00cossini200 i首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出21 必須說(shuō)明的是：雖然反射光是必須說(shuō)明的是：雖然反射光是E E矢量垂直于入射面的線偏振光，矢量垂直于入射面的線偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的15%15%，即反，即反射偏振光非常微弱射偏振光非常微弱-這也說(shuō)明了折射光依然是部分偏振光。這也說(shuō)明了折射光依然是部分偏振光。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出22

20、 在激光器的諧振腔中開(kāi)有布儒斯特窗，故激光是偏振光。在激光器的諧振腔中開(kāi)有布儒斯特窗，故激光是偏振光。也可用玻璃片作檢偏器。也可用玻璃片作檢偏器。在強(qiáng)光下攝影時(shí)，反光強(qiáng)烈，為使成像后光線諧調(diào)、柔和，在強(qiáng)光下攝影時(shí)，反光強(qiáng)烈，為使成像后光線諧調(diào)、柔和，可在攝影機(jī)前頭加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片可減少入射的反射可在攝影機(jī)前頭加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片可減少入射的反射光光強(qiáng)。在雪地，海洋上反射光很強(qiáng)，為保護(hù)視力可帶裝光光強(qiáng)。在雪地，海洋上反射光很強(qiáng)，為保護(hù)視力可帶裝有偏振片的眼鏡，有偏振片的眼鏡，或在望遠(yuǎn)鏡前加偏振片。或在望遠(yuǎn)鏡前加偏振片。三、應(yīng)用、應(yīng)用 用玻璃片堆獲取偏振光用玻璃片堆獲取偏振光i0接近完全偏振光

21、接近完全偏振光首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出23 例例14143 3 在下圖中，以線偏振光或自然光入射于界面時(shí)，問(wèn)折在下圖中，以線偏振光或自然光入射于界面時(shí)，問(wèn)折射光和反射光各屬于什么性質(zhì)的光，并在圖中所示的折射光線和射光和反射光各屬于什么性質(zhì)的光，并在圖中所示的折射光線和反射光線上用點(diǎn)和短線把其振動(dòng)方向表示出來(lái)：圖中反射光線上用點(diǎn)和短線把其振動(dòng)方向表示出來(lái)：圖中答：（答：（1 1）（）（2 2）（）（3 3）中反射光、折射光均為線偏振光。）中反射光、折射光均為線偏振光。1 2 3 4 5i0i00i00iiarctgni （4 4）的折射光為線偏振光，沒(méi)有反射光。）的折射光為線

22、偏振光，沒(méi)有反射光。（5 5）的反射光為線偏振光，折射光為部分偏振光。）的反射光為線偏振光，折射光為部分偏振光。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出24例例14144 4如圖所示，一自然光自空氣射到一塊平板玻璃上，設(shè)如圖所示，一自然光自空氣射到一塊平板玻璃上，設(shè)入射角為起偏角，則在界面入射角為起偏角，則在界面2 2處的反射光透過(guò)玻璃后的光線處的反射光透過(guò)玻璃后的光線2 2中中振動(dòng)方向是振動(dòng)方向是（A A）垂直于紙面，）垂直于紙面，（B B）平行于紙面，）平行于紙面，（C C）以上兩個(gè)方向的振動(dòng)均有，）以上兩個(gè)方向的振動(dòng)均有，（D D）光線）光線2 2不存在。不存在。解：由布儒斯特定律解

23、：由布儒斯特定律120nntgi 200i而002itgtg故 這說(shuō)明在界面這說(shuō)明在界面2 2處的反射角處的反射角 是起偏角，即界面是起偏角，即界面2 2的反射光的光的反射光的光振動(dòng)是垂直于入射面的，從而其透射光亦為垂直于入射面的光振動(dòng)是垂直于入射面的，從而其透射光亦為垂直于入射面的光振動(dòng)。即應(yīng)選（振動(dòng)。即應(yīng)選（A A）。）。n1n2n1 0i0ctgi21nn0首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出25例例14145 5當(dāng)一束自然光在兩種介質(zhì)分界面處發(fā)生反射和折射當(dāng)一束自然光在兩種介質(zhì)分界面處發(fā)生反射和折射時(shí)，若反射光為完全偏振光，則折射光為時(shí)，若反射光為完全偏振光，則折射光為光，且反

24、光，且反射光和折射光之間的夾角為射光和折射光之間的夾角為。答案為：部分偏振光，答案為：部分偏振光，21（或（或90900 0）首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出26例例14146 6一束平行的自然光，以一束平行的自然光，以60600 0角入射到平玻璃表面上，若角入射到平玻璃表面上，若反射光束是完全偏振的，則透射光束的折射角是反射光束是完全偏振的，則透射光束的折射角是，玻璃，玻璃的折射率為的折射率為。解：若反射光為完全偏振光，則入射角解：若反射光為完全偏振光，則入射角i0 0為布儒斯特角。為布儒斯特角。折射角為：折射角為：0=90o-60o=30o折射率為：折射率為：73.1sinsi

25、n00in或者，由或者，由2120tannnni將將i0 0=60600 0代入，得代入，得n=1.73首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出27一、光的雙折射一、光的雙折射常數(shù)sin/sini且入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，且入射線、法線、折射線在同一平面內(nèi)，這是光在各向同性均這是光在各向同性均勻媒質(zhì)中的折射現(xiàn)象。勻媒質(zhì)中的折射現(xiàn)象。例如光從空氣射向水、玻璃、或呈熔融態(tài)的石英時(shí)。例如光從空氣射向水、玻璃、或呈熔融態(tài)的石英時(shí)。但是，如果將光束射向各向異性的晶體中時(shí)，例如將一束光但是，如果將光束射向各向異性的晶體中時(shí)，例如將一束光投向方解石（冰州石），透過(guò)方解石的光則有兩束。投向方解石

26、（冰州石），透過(guò)方解石的光則有兩束。當(dāng)一束光投射到兩種媒質(zhì)的交界處，一般只能看到一束折射當(dāng)一束光投射到兩種媒質(zhì)的交界處，一般只能看到一束折射光，折射定律為：光，折射定律為：所謂各向異性，是指晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)。所謂各向異性，是指晶體的物理性質(zhì)與方向有關(guān)。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出28v 能產(chǎn)生雙折射的晶體是非立方晶系的晶體。能產(chǎn)生雙折射的晶體是非立方晶系的晶體。如方解石、石英、電氣石、紅寶石等。如方解石、石英、電氣石、紅寶石等。晶體晶體(固體固體)的各向異性的各向異性v 各向各向(同同)異性的微觀本質(zhì)異性的微觀本質(zhì) 若組成固體的晶粒在空間的取向是若組成固體的晶粒在空間的

27、取向是無(wú)規(guī)則的無(wú)規(guī)則的，就表現(xiàn)出，就表現(xiàn)出各各向同性；向同性；若組成固體的晶粒在空間有若組成固體的晶粒在空間有一定的取向一定的取向，就表現(xiàn)出，就表現(xiàn)出各各向異性。向異性。例：例：云母只容易沿一個(gè)平面劈開(kāi)；云母只容易沿一個(gè)平面劈開(kāi)；結(jié)晶的石墨在每?jī)蓚€(gè)相對(duì)面之間并不結(jié)晶的石墨在每?jī)蓚€(gè)相對(duì)面之間并不具有相同的電阻。具有相同的電阻。鎳晶體只在一個(gè)確定的方向上容易被鎳晶體只在一個(gè)確定的方向上容易被磁化。磁化。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出291 1、雙折射現(xiàn)象、雙折射現(xiàn)象 當(dāng)一束光在晶體的表當(dāng)一束光在晶體的表面折射時(shí)，在晶體內(nèi)可產(chǎn)面折射時(shí)，在晶體內(nèi)可產(chǎn)生兩束折射光。這就是雙生兩束折射光。這

28、就是雙折射現(xiàn)象。折射現(xiàn)象。如果將光束如果將光束正入射正入射在方解石上，并將方解石圍繞著入射光在方解石上，并將方解石圍繞著入射光束旋轉(zhuǎn)，則發(fā)現(xiàn)其中一光束不動(dòng)，而另一光束跟著旋轉(zhuǎn)一周。束旋轉(zhuǎn)，則發(fā)現(xiàn)其中一光束不動(dòng)，而另一光束跟著旋轉(zhuǎn)一周。2 2、尋常光（、尋常光（o o光）和非尋常光（光）和非尋常光（e e光）光）在兩折射光束中在兩折射光束中v 有一束光有一束光遵守普通的折射定律遵守普通的折射定律，稱為尋常光，稱為尋常光(o(o光光)。常數(shù)12sinsinnni 不管入射光束方位如何，不管入射光束方位如何，o o光總在入射面內(nèi)。光總在入射面內(nèi)。oeo首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出30

29、 注意：注意：o o光和光和e e光只有在雙折射光只有在雙折射晶體的內(nèi)部晶體的內(nèi)部才有意義才有意義。常數(shù)12sinsinnniv 另一束光另一束光不遵守普通的折不遵守普通的折射定律射定律，稱非常光，稱非常光 (e(e光光)。即使入射角為即使入射角為0 0，折射角也不等于，折射角也不等于0 0，而且，而且e e光往往不在入射光往往不在入射 面內(nèi)。面內(nèi)。v o o光和光和e e光都是線偏振光。光都是線偏振光。eoo首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出31二、晶體的光軸和主平面二、晶體的光軸和主平面 天然方解石晶體的外形為平行六面體，每個(gè)表面都是平行天然方解石晶體的外形為平行六面體，每個(gè)表面

30、都是平行 四邊形四邊形(或菱形或菱形),),銳角為銳角為 7878o o8 8 78 78o o鈍角為鈍角為 101101o o5252 102 102o o 六面體共有六面體共有8 8個(gè)頂角，其中個(gè)頂角，其中2 2個(gè)由三面鈍角組成個(gè)由三面鈍角組成(稱為鈍隅稱為鈍隅)；而其余；而其余6 6個(gè)則由一個(gè)鈍角和兩個(gè)銳角組成。個(gè)則由一個(gè)鈍角和兩個(gè)銳角組成。v 方解石方解石(冰洲石冰洲石CaCOCaCO3 3）v 能產(chǎn)生雙折射的晶體是非立方晶系的晶體。能產(chǎn)生雙折射的晶體是非立方晶系的晶體。如方解石、石英、電氣石、紅寶石等。如方解石、石英、電氣石、紅寶石等。102o78o一個(gè)晶面一個(gè)晶面鈍隅鈍隅102o首

31、首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出32 方解石光軸方向是從它的一個(gè)鈍隅所作的方解石光軸方向是從它的一個(gè)鈍隅所作的等分角線等分角線。即。即它與鈍隅的三條棱邊成等角。它與鈍隅的三條棱邊成等角。v 單軸晶體和多軸晶體單軸晶體和多軸晶體1 1、光軸、光軸v 晶體內(nèi)存在一個(gè)特殊方向晶體內(nèi)存在一個(gè)特殊方向，當(dāng)光在晶體中沿此方向傳播時(shí)，當(dāng)光在晶體中沿此方向傳播時(shí)，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，此特殊方向稱為晶體的不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，此特殊方向稱為晶體的光軸光軸。注意：光軸不是指一條特定的直線，而是一注意：光軸不是指一條特定的直線，而是一特定的方向。特定的方向。凡是與此方向平行的直線方向均為光軸方向。凡是與此方向平

32、行的直線方向均為光軸方向。一般晶體只有一個(gè)光軸，稱為單軸一般晶體只有一個(gè)光軸，稱為單軸晶體，例如冰洲石、石英、紅寶石等；晶體，例如冰洲石、石英、紅寶石等；鈍隅鈍隅 也有些晶體有兩個(gè)光軸或更多的光也有些晶體有兩個(gè)光軸或更多的光軸，它們稱為雙軸晶體或多軸晶體，軸，它們稱為雙軸晶體或多軸晶體，如云母、硫磺、蘭寶石等。如云母、硫磺、蘭寶石等。我們只討論單軸晶體。我們只討論單軸晶體。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出33 3 3、主平面、主平面o o光和光和e e光都是線偏振光，且：光都是線偏振光，且：光軸光軸O主主平平面面光軸光軸e主主平平面面 晶體中任何一條折射線與光軸所組成的平面叫做晶體

33、晶體中任何一條折射線與光軸所組成的平面叫做晶體 的主平面。的主平面。晶體中有兩種主平面，即晶體中有兩種主平面，即o o光和光和e e光的主平面。光的主平面。o o光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面；光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面；e e光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面。光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出344 4、主截面、主截面如果某入射面與光軸共面，則該入射面就稱之為主截面。如果某入射面與光軸共面，則該入射面就稱之為主截面。若入射面為主截面，則若入射面為主截面，則o o光、光、光的主平面重合，此時(shí)光的主平面重合，此時(shí)、光的振動(dòng)方向互相垂直。光的振動(dòng)方向互相

34、垂直。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出35三三.雙折射現(xiàn)象的定性解釋雙折射現(xiàn)象的定性解釋其中其中n n0 0 ，n ne e 叫作晶體的主折射率，叫作晶體的主折射率，發(fā)生雙折射現(xiàn)象，主要是因?yàn)榫w的物理性質(zhì)是各向異性。發(fā)生雙折射現(xiàn)象，主要是因?yàn)榫w的物理性質(zhì)是各向異性。晶體中的介電常數(shù)晶體中的介電常數(shù) r r與方向有關(guān)，因而光在晶體中的傳播速度與方向有關(guān)，因而光在晶體中的傳播速度 與光的傳播方向有關(guān)與光的傳播方向有關(guān),從而光在介質(zhì)中的折射從而光在介質(zhì)中的折射率與方向有關(guān)。率與方向有關(guān)。1v)v(rrcn沿光軸方向沿光軸方向 沿垂直光軸方向沿垂直光軸方向ooencVVeencV 1

35、1、雙折射中的速度特征、雙折射中的速度特征常數(shù)因而oocnv常數(shù)因而eecnvo o光在各個(gè)方向上的傳播速度相同：光在各個(gè)方向上的傳播速度相同：e e光在各方向上的傳播速度不相同：光在各方向上的傳播速度不相同：首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出36 e e光不滿足普通的折射定律，但仍然把光不滿足普通的折射定律，但仍然把n ne e 叫作它的折射率。叫作它的折射率。但此時(shí)但此時(shí)n ne e不再是常數(shù)。不再是常數(shù)。在各向異性的晶體內(nèi)，傳播速度既和振動(dòng)方向在各向異性的晶體內(nèi)，傳播速度既和振動(dòng)方向(指指o o，e)e)有關(guān)，有關(guān)，又和傳播方向又和傳播方向(是否沿光軸是否沿光軸)有關(guān)。有關(guān)。首

36、首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出37 2 2、o o光和光和e e光的子波面光的子波面 v o o光的子波面光的子波面在在各向同性媒質(zhì)中，一子波源發(fā)出的波沿各方向的傳播速度各向同性媒質(zhì)中，一子波源發(fā)出的波沿各方向的傳播速度 均為均為V Vc/n c/n，經(jīng)，經(jīng) t t后，形成的波面是一個(gè)半徑為后，形成的波面是一個(gè)半徑為V V t t的球面。的球面。o o光在單軸晶體中的傳播規(guī)律與在各向同性媒質(zhì)中一樣。光在單軸晶體中的傳播規(guī)律與在各向同性媒質(zhì)中一樣。因此，因此，o o光的子波面是球面。經(jīng)光的子波面是球面。經(jīng) t t后，形成的波面是一個(gè)半徑后，形成的波面是一個(gè)半徑 為為V Vo o t

37、t的球面。的球面。v e e光的子波面光的子波面 e e光沿各個(gè)方向傳播速度不同。光沿各個(gè)方向傳播速度不同。沿光軸方向的傳播速度與沿光軸方向的傳播速度與o o光一樣也是光一樣也是V Vo o；垂直于光軸方向的速度是；垂直于光軸方向的速度是V Ve e。經(jīng)經(jīng) t t后，后，e e光的子波面是繞光軸方向旋轉(zhuǎn)的橢球面。在光軸光的子波面是繞光軸方向旋轉(zhuǎn)的橢球面。在光軸 方向，半徑為方向，半徑為 V Vo o t t；在垂直光軸方向，半徑為；在垂直光軸方向，半徑為V Ve e t.t.光軸VoVe光軸光軸首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出383 3、正晶體和負(fù)晶體、正晶體和負(fù)晶體正晶體正晶體

38、V Vo o V Ve e e e光的波面在光的波面在o o光波面內(nèi)。光波面內(nèi)。負(fù)晶體負(fù)晶體 V Ve e VVo o e e光的波面在光的波面在o o光波面外。光波面外。o o光和光和e e光的子波面在光軸方向上相切；在垂直光軸方向上，光的子波面在光軸方向上相切；在垂直光軸方向上，兩波面相距最遠(yuǎn)。兩波面相距最遠(yuǎn)。光軸光軸正晶體正晶體負(fù)晶體負(fù)晶體o光光e光光光軸光軸在垂直于光軸的方向上在垂直于光軸的方向上首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出39 例例14148 8 如圖，將方解石晶體分成相等的兩截再平移拉開(kāi)一如圖，將方解石晶體分成相等的兩截再平移拉開(kāi)一些距離，當(dāng)一束與光軸成一定夾角的自

39、然光通過(guò)它們后，最后些距離，當(dāng)一束與光軸成一定夾角的自然光通過(guò)它們后，最后的出射光應(yīng)是：的出射光應(yīng)是：（A A）一束光；（）一束光；（B B）兩束光；（）兩束光；（C C）三束光；（）三束光；（D D）四束光）四束光 答：答：是兩條。是兩條。當(dāng)自然光從前塊方解石出來(lái)之后，就分成當(dāng)自然光從前塊方解石出來(lái)之后，就分成o o光和光和e e光，由于前后光，由于前后兩塊晶體的光軸平行，因此，在前一塊晶體中的兩塊晶體的光軸平行，因此，在前一塊晶體中的o o光和光和e e光，進(jìn)光，進(jìn)入第二塊晶體時(shí)仍然保持入第二塊晶體時(shí)仍然保持o o光、光、e e光的性質(zhì)不變，因而不發(fā)生雙光的性質(zhì)不變，因而不發(fā)生雙折射，所以

40、最后出射光仍是兩條。折射，所以最后出射光仍是兩條。如果，將后面晶體繞入射光線轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，則前、后兩塊光如果，將后面晶體繞入射光線轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，則前、后兩塊光軸就有夾角了，因而，這時(shí)進(jìn)入后面晶體的軸就有夾角了，因而，這時(shí)進(jìn)入后面晶體的o o光、光、e e光將再次發(fā)光將再次發(fā)生雙折射，這時(shí)最終出射光將是生雙折射，這時(shí)最終出射光將是4 4束。束。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出40 例例14149 9 ABCDABCD為一塊方解石的一個(gè)截面，為一塊方解石的一個(gè)截面，ABAB為垂直于紙面的為垂直于紙面的晶體平面與紙面的交線，光軸方向在紙面內(nèi)，且與晶體平面與紙面的交線，光軸方向在紙面內(nèi)，且

41、與ABAB成一銳角成一銳角，如圖所示，一束平行的單色自然光垂直于如圖所示，一束平行的單色自然光垂直于ABAB端面入射，在方解石端面入射，在方解石內(nèi)折射光分解為內(nèi)折射光分解為o o光和光和e e光，光，o o光和光和e e光的：光的：(A)(A)傳播方向相同，電場(chǎng)強(qiáng)度振動(dòng)方向互相傳播方向相同，電場(chǎng)強(qiáng)度振動(dòng)方向互相垂直。垂直。(B)(B)傳播方向相同，電場(chǎng)強(qiáng)度振動(dòng)方向不互傳播方向相同，電場(chǎng)強(qiáng)度振動(dòng)方向不互相垂直相垂直(C)(C)傳播方向不同，電場(chǎng)強(qiáng)度振動(dòng)方向互相傳播方向不同，電場(chǎng)強(qiáng)度振動(dòng)方向互相垂直垂直(D)(D)傳播方向不同，電場(chǎng)強(qiáng)度振動(dòng)方向不互傳播方向不同，電場(chǎng)強(qiáng)度振動(dòng)方向不互相垂直相垂直 解

42、：解：選（選（C C）因?yàn)橹挥醒毓廨S方向（或垂直于光軸方向）入射，出射光因?yàn)橹挥醒毓廨S方向（或垂直于光軸方向）入射，出射光方向才相同，而此處入射光與光軸有小于方向才相同，而此處入射光與光軸有小于9090的夾角；又由的夾角；又由于入射面與光軸共面，即入射面就是主截面，所以于入射面與光軸共面，即入射面就是主截面，所以o o光、光、e e光光電振動(dòng)方向垂直。電振動(dòng)方向垂直。ABCD首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出41 例例14141010下面那一個(gè)結(jié)論是正確的？下面那一個(gè)結(jié)論是正確的？（A A）一束光射入透明媒質(zhì)時(shí)，都將產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象；）一束光射入透明媒質(zhì)時(shí)，都將產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象；（B B

43、）自然光以起偏角從空氣射入玻璃將產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象；）自然光以起偏角從空氣射入玻璃將產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象；（C C）光入射方解石晶體后分裂為兩束光，稱為）光入射方解石晶體后分裂為兩束光，稱為o o光、光、e e光；光；（D D）o o光和光和e e光均為部分偏振光。光均為部分偏振光。解：只有（解：只有（C C）是正確的。）是正確的。例例14141111在光學(xué)各向異性晶體內(nèi)部有一確定的方向，沿這一在光學(xué)各向異性晶體內(nèi)部有一確定的方向，沿這一方向?qū)こ９夂头菍こ９獾姆较驅(qū)こ９夂头菍こ９獾南嗟?，這一方向稱為晶相等，這一方向稱為晶體的光軸，只具有一個(gè)光軸方向和晶體稱為體的光軸，只具有一個(gè)光軸方向和晶體稱為晶體。晶

44、體。解：解：傳播速度傳播速度單軸單軸首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出42自自然然光光o o光光e e光光光軸光軸一、波片一、波片-位相延遲片位相延遲片 波片是從單軸晶體波片是從單軸晶體(例石英例石英)中切割下來(lái)的平行平面板，其中切割下來(lái)的平行平面板，其表面與光軸平行。表面與光軸平行。1、波片的位相延遲作用波片的位相延遲作用 首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出43dnneo故，當(dāng)光束出射波片時(shí)，兩光的（附加）位相差為故，當(dāng)光束出射波片時(shí)，兩光的（附加）位相差為dnneo2 由于由于o o光與光與e e光在波片內(nèi)的傳播速度不同，因此，當(dāng)光在波片內(nèi)的傳播速度不同，因此，當(dāng)o o

45、光與光與 e e光通過(guò)同一厚度的波片時(shí)，就會(huì)有光程差光通過(guò)同一厚度的波片時(shí)，就會(huì)有光程差 位相的延遲作用位相的延遲作用4dnneo2這種波片稱作這種波片稱作 1 14 4 波片。波片。eonnd4此時(shí)此時(shí)(取正值取正值)1 14 4 波片波片 可見(jiàn)，位相差決定于可見(jiàn)，位相差決定于n no o ，n ne e和和d d。因此，適當(dāng)選擇。因此，適當(dāng)選擇d d可使兩光可使兩光束的位相差束的位相差為任意值。為任意值。當(dāng)入射光垂直于光軸入射到晶片上時(shí)，可以證明，此時(shí)光線當(dāng)入射光垂直于光軸入射到晶片上時(shí)，可以證明，此時(shí)光線雖然分成雖然分成o o光和光和e e光，但仍沿同一方向傳播。光，但仍沿同一方向傳播。

46、當(dāng)當(dāng)d滿足滿足首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出44這種波片稱作這種波片稱作 波片。波片。1 12 2 波片波片 此時(shí)，此時(shí)，eonnd2(取正值取正值)2dnneo當(dāng)當(dāng)d d 滿足滿足 說(shuō)明：說(shuō)明：1 14 4 波片，波片，1 12 2 波片，全波片是相對(duì)一定波長(zhǎng)而言。波片，全波片是相對(duì)一定波長(zhǎng)而言。對(duì)不同波長(zhǎng)的對(duì)不同波長(zhǎng)的波片，其厚度也不同。波片，其厚度也不同。對(duì)同一波片，相對(duì)某一波長(zhǎng)可能是對(duì)同一波片，相對(duì)某一波長(zhǎng)可能是 1 14 4 波片，但相對(duì)另波片，但相對(duì)另一波長(zhǎng)，則可能是一波長(zhǎng)，則可能是 1 12 2 波片。波片。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出452 2、波

47、片分解自然光、波片分解自然光cosAAe 設(shè)有一束線偏振光（設(shè)有一束線偏振光（自然光自然光）正入射到晶片上，則分解為傳播正入射到晶片上，則分解為傳播方向一致的方向一致的o o光和光和e e光，光，o o光的振動(dòng)垂直光軸；光的振動(dòng)垂直光軸；e e光的振動(dòng)平行光軸。光的振動(dòng)平行光軸。sinAAo 振幅：振幅：oeAxyz光軸光軸d首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出46二、橢圓偏振光和圓橢圓偏振光和圓偏振光偏振光 y yx z傳播方向傳播方向 /2E 0 x yEAxAy某時(shí)刻左旋圓偏振光某時(shí)刻左旋圓偏振光E 隨隨z的變化的變化左旋光左旋光 1 1、圓偏振、圓偏振光：光：a a、特點(diǎn)、特點(diǎn)

48、 振幅的大小不變；振幅的大小不變；角速度角速度 繞傳播方向勻速旋繞傳播方向勻速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。*迎著傳播方向看：迎著傳播方向看：電矢量按電矢量按順順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，稱稱右右旋圓偏振光旋圓偏振光；電矢量按電矢量按逆逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)、稱時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)、稱左左旋圓偏振光旋圓偏振光。在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，電矢量的端點(diǎn)在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，電矢量的端點(diǎn)所描繪的軌跡為一圓。這種光叫所描繪的軌跡為一圓。這種光叫圓偏振光圓偏振光。a、特點(diǎn)特點(diǎn)首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出47tAExcosb b、圓偏振光的分解：、圓偏振光的分解：由相互垂直、同頻率諧振動(dòng)的合成可知，圓偏振光可分

49、解為由相互垂直、同頻率諧振動(dòng)的合成可知，圓偏振光可分解為兩個(gè)頻率相同、兩個(gè)頻率相同、相互垂直相互垂直，振幅相等，位相差為振幅相等，位相差為2 2的線偏的線偏振光，即振光，即2tcosAEyy xEEy Ex 若取若取/2/2，則，則E EY Y領(lǐng)先領(lǐng)先，迎著傳播方向看，迎著傳播方向看、電矢量按、電矢量按順時(shí)針順時(shí)針 方向旋轉(zhuǎn)，是方向旋轉(zhuǎn)，是右旋右旋圓偏振光圓偏振光；若取若取-/2/2，則，則E EY Y落后落后，迎著傳播方向看迎著傳播方向看、電矢量按、電矢量按逆時(shí)針逆時(shí)針 方向旋轉(zhuǎn)，是方向旋轉(zhuǎn)，是左旋左旋圓偏振光。圓偏振光。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出48c c、圓偏振光通過(guò)偏

50、振片的透射光強(qiáng)度：、圓偏振光通過(guò)偏振片的透射光強(qiáng)度：2222AAAIyxo)(AAAyx222oyxIAAI 偏振片透光方向?yàn)槠衿腹夥较驗(yàn)閄 X，則透射光強(qiáng)為，則透射光強(qiáng)為 即即透射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的一半透射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的一半。設(shè)入射光強(qiáng)為設(shè)入射光強(qiáng)為I0 0 ，則，則首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出492 2、橢圓偏振光：、橢圓偏振光：橢圓偏振光可以分解為兩個(gè)頻率相同、橢圓偏振光可以分解為兩個(gè)頻率相同、相互垂直，振幅相互垂直，振幅不等，位相差不為不等，位相差不為 /2/2的線偏振光，即的線偏振光，即tcosAExxtcosAEyya a、橢圓光的分解、橢圓光的分解 在垂直于光

51、的傳播方向的平面內(nèi)，電矢量的端點(diǎn)所描繪的在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，電矢量的端點(diǎn)所描繪的軌跡為一橢圓的光。軌跡為一橢圓的光。由相互垂直的諧振動(dòng)合成可知，橢圓長(zhǎng)短軸的大小和取由相互垂直的諧振動(dòng)合成可知，橢圓長(zhǎng)短軸的大小和取向與振幅和位相差有關(guān)。向與振幅和位相差有關(guān)。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出50 若若 0 0（0 0），則，則 領(lǐng)先領(lǐng)先（落后）（落后），矢量按矢量按順順（逆）（逆）時(shí)針旋轉(zhuǎn)，稱時(shí)針旋轉(zhuǎn)，稱右右（左）（左）旋橢圓偏振光；旋橢圓偏振光；yEE 迎著傳播方向看：迎著傳播方向看：線偏振光和圓偏振光都可看作是橢線偏振光和圓偏振光都可看作是橢圓偏振光的特例：圓偏振光的特例

52、：yAxA 若若 ，/2/2，則橢圓偏振光，則橢圓偏振光變?yōu)閳A偏振光變?yōu)閳A偏振光；xAyA 若若 0 0或或 0 0或或 0 0，則橢圓偏振光變?yōu)榫€偏振光則橢圓偏振光變?yōu)榫€偏振光。y xExEyE 首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出51三、偏振光通過(guò)三、偏振光通過(guò)1/41/4波片后偏振態(tài)的改變波片后偏振態(tài)的改變 （1 1）線偏振光：）線偏振光：透過(guò)透過(guò)1/41/4波片后，產(chǎn)生波片后，產(chǎn)生o o光和光和e e光光 設(shè)設(shè) 為線偏振光振動(dòng)方向與為線偏振光振動(dòng)方向與波片光軸的夾角，則波片光軸的夾角，則 0 0，出射的為出射的為e e光，光，sinAAocosAAe 9090o o時(shí)，時(shí)，出射

53、的為出射的為o o光，光，oeAxyz光光軸軸d 由互相垂直振動(dòng)的合成可知，當(dāng)兩分振動(dòng)的位相差為由互相垂直振動(dòng)的合成可知，當(dāng)兩分振動(dòng)的位相差為/2/2時(shí)，其合振動(dòng)為橢圓振動(dòng)。時(shí)，其合振動(dòng)為橢圓振動(dòng)。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出52 4545o o時(shí)，時(shí)，出射的出射的o o光、光、e e光振動(dòng)方向互相垂直，振光振動(dòng)方向互相垂直，振 幅相等，位相差幅相等，位相差/2/2，合成為圓偏振光；，合成為圓偏振光；為其它值時(shí)，出射為其它值時(shí)，出射o o光、光、e e光振動(dòng)方向互相垂直，振光振動(dòng)方向互相垂直，振 幅不相等，位相差幅不相等，位相差/2/2，合成為橢圓偏振光。合成為橢圓偏振光。a

54、a、橢圓偏振光經(jīng)過(guò)、橢圓偏振光經(jīng)過(guò)1/41/4波片，若波片波片，若波片光軸與橢圓主軸重合光軸與橢圓主軸重合 ，則出射光束為線，則出射光束為線偏振光。偏振光。（2 2）橢圓偏振光：）橢圓偏振光：xy 拿拿1/41/4波片，并使波片，并使光軸與光軸與y y軸重合軸重合。由于是。由于是負(fù)晶體，所以負(fù)晶體，所以y y振動(dòng)領(lǐng)先振動(dòng)領(lǐng)先x x振動(dòng)振動(dòng) /2/2，出射，出射后，兩光束的位相差為后，兩光束的位相差為。故，。故，o o光和光和e e光合光合成為一線偏振光。成為一線偏振光。eo光光軸軸首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出53 若使若使光軸與光軸與x x軸重合軸重合。由于經(jīng)波片后，。由于經(jīng)波

55、片后，x x振動(dòng)將會(huì)領(lǐng)先振動(dòng)將會(huì)領(lǐng)先y y振動(dòng)振動(dòng) /2/2。出射后，兩光。出射后，兩光束的位相差為束的位相差為0 0。故，故，o o光和光和e e光合成仍為光合成仍為一線偏振光。一線偏振光。若使波片的若使波片的光軸與光軸與x x軸、軸、y y軸不重軸不重合合。出射后，兩光束的位相差一般不為。出射后，兩光束的位相差一般不為 或或0 0，o o光和光和e e光合成還是橢圓偏振光，光合成還是橢圓偏振光，但但一般不是正橢圓一般不是正橢圓。eo光光軸軸（3 3）圓偏振光：）圓偏振光：經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)1/41/4波片，不管光軸在何方向，出射光束均為線偏振光。波片，不管光軸在何方向，出射光束均為線偏振光。首首 頁(yè)

56、頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出54（4 4）自然光與部分偏振光：）自然光與部分偏振光：經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)1/41/4波片，出射光束仍為自然光和部分偏振光。波片，出射光束仍為自然光和部分偏振光。圓偏振光垂直入射圓偏振光垂直入射1/41/4波片后波片后，兩束光的振動(dòng)方向互相垂直、，兩束光的振動(dòng)方向互相垂直、振幅相等、位相差為振幅相等、位相差為/2/2，1/41/4波片附加位相差波片附加位相差 /2/2；因此，兩；因此，兩光束的位相差為光束的位相差為 或或0 0。故，。故，o o光和光和e e光合成為一線偏振光光合成為一線偏振光。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出55一般情況下，一般情況下，d

57、 d /4/4，o o光和光和e e光光合成為合成為橢圓偏振光。橢圓偏振光。sinAAocosAAednneo2四、橢圓偏振光與圓偏振光的獲得四、橢圓偏振光與圓偏振光的獲得1 1、橢圓偏振光的獲得：、橢圓偏振光的獲得：前面說(shuō)過(guò)，一束線偏振光透過(guò)波片，則前面說(shuō)過(guò)，一束線偏振光透過(guò)波片，則在波片內(nèi)產(chǎn)生在波片內(nèi)產(chǎn)生o o光和光和e e光，其光，其振動(dòng)方向相互垂直振動(dòng)方向相互垂直，振幅為：，振幅為：由于位相的延遲作用，由于位相的延遲作用，從波片射出時(shí)，從波片射出時(shí)，o o光和光和e e光的位相差為光的位相差為首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出56即，一束線偏振光通過(guò)波片，使線偏振光振動(dòng)方向和

58、光軸方即，一束線偏振光通過(guò)波片，使線偏振光振動(dòng)方向和光軸方向夾角為向夾角為4545o o，則可得圓偏振光。，則可得圓偏振光。自然光自然光起起偏偏器器45圓起偏器圓起偏器光光軸軸oeA45o1/1/4 4波波片片如右圖所示如右圖所示2 2、圓偏振光的獲得、圓偏振光的獲得 要想獲得圓偏振光，必須使上述橢圓偏振光再滿足下面兩要想獲得圓偏振光，必須使上述橢圓偏振光再滿足下面兩個(gè)條件：個(gè)條件：o o光和光和e e光的位相差為光的位相差為 /2/2，因此，所用，因此，所用波片是波片是1/41/4波片波片。o o光和光和e e光的振幅相等，光的振幅相等，A Ao o=A=Ae e ，即，即 需為需為4545

59、o o。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出57線偏光線偏光消光消光部分偏光部分偏光強(qiáng)度變，無(wú)消光強(qiáng)度變，無(wú)消光橢圓偏光橢圓偏光強(qiáng)度變，無(wú)消光強(qiáng)度變，無(wú)消光圓偏光圓偏光強(qiáng)度不變強(qiáng)度不變自然光自然光強(qiáng)度不變強(qiáng)度不變偏偏振振片片轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)圓偏振光和橢圓偏振光的檢偏圓偏振光和橢圓偏振光的檢偏 各種偏振態(tài)的入射光經(jīng)檢偏片后，出射光強(qiáng)度如下圖各種偏振態(tài)的入射光經(jīng)檢偏片后，出射光強(qiáng)度如下圖所示：所示：可見(jiàn)，經(jīng)偏振片后，可區(qū)分三類：可見(jiàn)，經(jīng)偏振片后，可區(qū)分三類：線偏振光線偏振光 部分偏振光，橢圓偏振光部分偏振光，橢圓偏振光 圓偏振光，自然光圓偏振光，自然光首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出5

60、8 用用1/41/4波片加偏振片即可區(qū)分各種光，如下圖所示：波片加偏振片即可區(qū)分各種光，如下圖所示：部分偏光部分偏光無(wú)消光無(wú)消光橢圓偏光橢圓偏光圓偏光圓偏光自然光自然光線偏光線偏光部分偏光部分偏光消光消光線偏光線偏光消光消光自然光自然光無(wú)消光無(wú)消光波片偏偏振振片片轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)41首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出59 偏振片偏振片1 1和偏振片和偏振片2 2的透光方向的相對(duì)位置可以的透光方向的相對(duì)位置可以任意任意，在，在 最簡(jiǎn)單的情形下，可使兩光軸相互垂直或平行。最簡(jiǎn)單的情形下，可使兩光軸相互垂直或平行。五、偏振光的干涉五、偏振光的干涉1 1、裝置：兩偏振片間放一晶體波片。、裝置：兩偏振

61、片間放一晶體波片。偏振片偏振片1 1：用于起偏，其透光方向如圖。：用于起偏，其透光方向如圖。雙折射晶片：用于雙折射晶片：用于“分光分光”，其光軸與晶面平行。，其光軸與晶面平行。偏振片偏振片2 2：其透光方向如圖。：其透光方向如圖。自然光自然光偏振片偏振片光軸光軸波片波片eo透透光光軸軸偏振片偏振片eo透透光光軸軸o|e|區(qū)區(qū)I區(qū)區(qū)II區(qū)區(qū)III首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出60它們的傳播方向相同；振動(dòng)方向垂直；它們的傳播方向相同；振動(dòng)方向垂直；考慮單色平行考慮單色平行自然光自然光入射；入射；為簡(jiǎn)單起為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)見(jiàn)，設(shè)兩偏振片的透光方向相互垂直兩偏振片的透光方向相互垂直。2 2、

62、各區(qū)域中光的振動(dòng)情況分析、各區(qū)域中光的振動(dòng)情況分析區(qū)域區(qū)域1 1：自然光通過(guò)偏振片：自然光通過(guò)偏振片1 1后成為線偏后成為線偏振光，設(shè)此時(shí)線偏振光的振幅為振光，設(shè)此時(shí)線偏振光的振幅為A A1 1。sin1AAocos1AAednneo2區(qū)域區(qū)域2 2：通過(guò)晶片后，分為：通過(guò)晶片后，分為o o光和光和e e光。光。雖然雖然o o光和光和e e光的頻率相同，位相差恒定，但振動(dòng)方向相互垂光的頻率相同，位相差恒定，但振動(dòng)方向相互垂直，它們還不能干涉。直，它們還不能干涉。d d 為晶片厚度為晶片厚度位相差固定：位相差固定：P2P1光光軸軸A1AoAe首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出61 （1

63、 1）、振幅：）、振幅：晶片光軸方向和偏振片晶片光軸方向和偏振片2 2透光軸方向成透光軸方向成 角角，則則sinsinsin12AAAoo可見(jiàn)可見(jiàn)，coscoscos12AAAeecossin12AAosincos12AAeeoAA22區(qū)域區(qū)域3 3：只有只有o o光和光和e e光沿透光軸方向的投影可通過(guò)偏振片光沿透光軸方向的投影可通過(guò)偏振片2 2，o o光和光和e e光沿偏振片光沿偏振片2 2透光軸方向的分量才具備相干條件。透光軸方向的分量才具備相干條件。P2P1光軸光軸A1AoAeA2eA2o因兩偏振片的透光方向垂直，因兩偏振片的透光方向垂直，即即 9090o o，則，則由圖可知，由圖可知，A A2o2o與與A A2e2e兩電矢量的方向相反。兩電矢量的方向相反。首首 頁(yè)頁(yè) 上上 頁(yè)頁(yè) 下下 頁(yè)頁(yè)退退 出出62(2)(2)位相差：位相差：dnneo2其中其中,第一項(xiàng)是由雙折射晶體引起的；第一項(xiàng)是由雙折射晶體引起的；dnneo2eoAA22P2P1光軸光軸A1AoAeA2eA2o第二項(xiàng)第二項(xiàng) 是是由于由于 A A2o2o 、A A2e2e方向相反引起的方向相反引起的附加位相差。附加位相差。