光学(湖北师范) 偏振.ppt

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1、教学目标：牢固掌握布儒斯特定律、马吕定律；掌握各种偏振光的产生条件及检定方法；理解晶体的双折射现象和二分之一波片、四分之一波片的功用；了解偏振光干涉过程及结果。第五章光的偏振内容分析：第一单元（§1－§2）：由反射、折射引起的偏振现象。第二单元（§3～§6）：光在晶体中引起的偏振现象。重、难点：重点为晶体的双折射现象，其中难点主要为对主截面、o光和e光的振动矢量方向、椭圆和圆偏振光性质的理解。第三单元（§7～§9）：偏振光的叠加。第四单元（§10）：光弹效应和电光效应。第五单元（§11）：旋光现象

2、。第六单元（§12）：偏振态的矩阵表示。1·2偏振光与自然光1平面偏振光定义：光矢量的振动仅存在于空间唯一确定方向上。平面偏振光的图示见图5－1。§1自然光与偏振光1·1光的偏振性定义：波的振动方向对传播方向表现出的不对称性。偏振是横波的特性。在讨论中定义：电场强度矢量—光矢量。振动—光振动。振动面—矢量与波的传播方向构成的平面。“平面”的含义：其振动面为空间唯一确定平面。平面偏振光又称线偏振光。因为在垂直于其传播方向的平面内，此光的光矢量的投影为唯一确定方向上的直线。自然光定义：光矢量的振动存在

3、于空间一切方向上且几率相等。自然光的图示见图5－3。由图可知，将自然光各方向的振动按两个互相垂直的方向分解，可得到两个强度相等的分振动，由此可知：自然光可以用两个强度相等、振动方向相互垂直的平面偏振光来表示。偏振度定义：注意：Imax、Imin的方向必须相互垂直。意义：偏振度对各种偏振程度不同的光给以定量描述。平面偏振光：Imin=0，P=1；自然光：Imax=Imin，P=0；部分偏振光：0﹤P﹤1。2·1反射引起的偏振1808年马吕斯发现：自然光在两介质界面上发生反射时有偏振光产生。实验示意图

4、：iABCDN1N2iM2M1§2反射和折射引起的偏振实验条件：平面反射镜M1、M2平行放置，自然光以i角沿AB方向入射到M1上；反射后以同一i角沿BC入射到M2上，反射后沿CD方向出射。实验步骤：光源位置保持不变，M1镜保持不动，即M1、M2镜上的入射角i保持不变。以BC为轴转动M2，则BC与N2形成的M2镜上光的入射面方位在改变，结果是：当M1、M2上光的入射面平行时，沿CD出射的光强最大；当两入射面垂直时，出射的光强最小。②保持两镜上光的入射面相互垂直，改变i角，则沿CD方向出射的光强最小值

5、数值变化。当i变化为使M1上反射、折射光的传播方向相互垂直时，沿CD出射的光强为零。这个特殊的i角称为起偏振角。这就是布儒斯特定律。2·2实验现象的理论解释据菲涅耳公式：即反射光中只有一个垂直方向的振动存在,故反射光为平面偏振光。当i1+i2=900时：此时光沿BC方向入射到M2上，当M1、M2镜上光的入射面相互垂直时，M2镜上的入射光为振动方向在入射面内的平面偏振光。即M2镜的入射光为：由M2镜上出射的光两方向的振幅均为零，即有ICD=0。结论：当自然光以布儒斯特定律决定的起偏振角i10入射于两

6、介质界面时，反射光中只有垂直于入射面的振动存在，反射光成为完全的平面偏振光。同M1镜上的一样若M1、M2镜上光的入射面成任意角，则可将入射光振幅相对于M2的入射面分解为平行分量和垂直分量：在镜上反射后仍有A`p1=0，即只有垂直于入射面方向的振动，反射光为平面偏振光，光强为这个表达式称马吕斯定律，式中s为垂直分量的反射率。当入射角不为布儒斯特角i10时，反射光将为部分偏振光。2·3折射引起的偏振由前述过程分析，当自然光以布儒斯特角i10入射、反射光成为平面偏振光时，折射光则成为部分偏振光。在任

7、意入射角下，均有Ap2≠As2，且均不为零。实际中，可通过在布儒斯特角下多次的反射、折射，将垂直入射面的振动“过滤”殆尽，从而使折射光成为近似的平面偏振光。“近似”的意义是，折射光的偏振度可达P≈1，但不可能为P=1。据菲涅耳公式：3·1双折射定义：一束光入射在晶体上产生两束透（折）射光的现象。其中遵循折射定律的一束光称寻常光（o光）；一般不遵循折射定律的一束光称非常光（e光）。双折射产生的两束光均为平面偏振光。3·2光轴主截面光轴：可发生双折射的晶体中不产生双折射的特方向。根据光轴数目不同，有单

8、轴晶体和双轴晶体。§3光通过单轴晶体时的双折射现象主截面：包含晶体光轴和给定光线的平面。o光和e光各有其主截面。一般情况下两主截面不重合，仅当光轴位于入射面内时，o光和e光的主截面才严格重合。因为o光光矢量的振动垂直于o光主截面，e光光矢量的振动在e光主截面内，所以当o、e光的主截面重合时，o、e光光矢量的振动方向相互垂直。3·3o、e光的相对光强入射光为自然光Io=IeAAeOAoO`图中OO`为o、e光公共主截面的投影，A为入射平面偏振光光矢量方向，由图示投影关系可得入射光为