19.1自然光与偏振光一、光的偏振性波的偏振性定义：振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振性。说明：只有横波才具有偏振现象，偏振现象是横波区别于纵波的最明显的特征。偏振态：在垂直于光的传播方向的平面内光矢量的各种振动状态光波是横波光的偏振第十九章光的偏振1.线偏振光在垂直光传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光叫线偏振光。E播传方向振动面·面对光的传播方向看线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：两个相干的线偏振光的叠加EEyExyx线偏振光的图示方法2.自然光自然光的图示：在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有方向上都相等，各光矢量之间没有固定的位相关系，为自然光。一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、没有固定相位差（不相干）的线偏振光。3.部分偏振光部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形，部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光图示：或部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。4.圆偏振光和椭圆偏振光若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影为椭圆(圆)，这种光叫椭圆(圆)偏振光。椭圆偏振光可以看成两个频率相同,互相垂直,有一定相位差的线偏振光的合成。满足椭圆方程：==0yx仍为线偏振光椭圆偏振光右旋左旋右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光yyxz传播方向/2x某时刻右旋圆偏振光E随z的变化E05.偏振度线偏振光 (圆偏)自然光 部分偏振光椭圆偏振光19.2起偏与检偏马吕斯定律1、基本概念起偏：从自然光获得偏振光起偏器：起偏的光学器件起偏的原理：利用某种光学的不对称性e.g.利用二色性(选择性吸收)一、偏振片起偏和检偏•••偏振片：片状的起偏器微晶型分子型xyzz线栅起偏器入射电磁波·非偏振光线偏振光光轴电气石晶片··2、起偏器与检偏器器偏器：产生偏振光检偏器：检验偏振光检偏方法方法：转动偏振片，观察透射光强度的变化。自然光：透射光强度I不变线偏振光：周期0≤I≤Imax部分偏振光：周期Imin≤I≤Imax二、马吕斯定律AII0PE0E=E0cos在两块正交偏振片之间插入另一块偏振片，光强为的自然光垂直入射于偏振片，讨论转动透过的光强与转角的关系.讨论I3如何变化？5.3反射和折射起偏布儒斯特定律反射光是以垂直于入射面的光振动为主的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振动为主的部分偏振光。in1n2自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折射布儒斯特定律入射角满足时反射光是线偏振光，振动垂直入射面布儒斯特角起偏角由折射定律折射光是部分线偏振光。自然光从空气→玻璃玻璃片堆············i0··················（C）用偏光镜消除了反射偏振光,使玻璃门内的人物清晰可见（A）玻璃门
表
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面的反光很强（B）用偏光镜减弱了反射偏振光讨论讨论下列光线的反射和折射（起偏角）.自然光I0+线偏振光I1例：自然光I0与线偏振光I1同时垂直入射到偏振片P1上，P2绕轴转动，求出射光强度的变化。解：例：一束光是自然光与线偏振光的混合，当它通过一偏振片时，透射光的强度取决于偏振片的取向，可以变化5倍。求入射光中两种光的强度各占总入射光强度的比例。解：线偏振光自然光5.4晶体双折射偏振棱镜一、双折射现象白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转。当一束自然光穿过方解石等晶体时，分成两条折射光的现象称为双折射现象。这两条光线（寻常光和非常光）都是线偏振光。二、晶体基本概念AB光轴光轴：当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。例如方解石的光轴方向单轴晶体：只有一个光轴方解石石英双轴晶体：有两个光轴的晶体云母蓝宝石主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面····通常考虑入射光的入射面和晶体的主截面重合情况，o光与e光的主平面相重合，o光与e光的振动方向相互垂直。三、惠更斯原理对双折射的描述1.晶体的主折射率正晶体负晶体光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同。························vot光轴光轴vetvoto光e光n0，ne称为晶体的主折射率正晶体:ne>no负晶体:ne
ve)负晶体(voo)2.惠更斯作图法（负晶体为例）光轴界面，自然光正入射光轴自然光O光e光e光的速度等于O光速度光轴界面，自然光正入射光轴自然光O光e光e光的速度大于O光速度光轴界面，自然光斜入射光轴O光e光晶体光轴O光e光光轴与界面斜交，自然光正入射自然光尼克耳棱镜:o光全反，e光全透玻璃n=1.655方解石光轴格兰—汤姆孙棱镜：o光全透，e光全反e光O光光轴三、晶体偏振器件（自然光入射）沃拉斯顿棱镜两个由方解石制成的直角棱镜胶合而成(负)晶体薄片，光轴平行于薄片表面，光线正入射光轴光轴四、晶体波片(线偏振光入射)出射光：一般为椭圆偏振光线偏振光椭圆偏振光晶体入射面：分解为两线偏振光的叠加线偏振光光轴晶体出射面：两线偏振光之间出现相位差1.四分之一波片光轴线偏振光的振动面转过2角2.二分之一波片线偏振光椭圆偏振光光轴平行椭圆的长轴或短轴正椭圆偏振光圆偏振光3.全波片19.5椭圆偏振光和圆偏振光的获得与检验光偏振状态的检验第一步：用偏振片线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光偏振片(转动)线偏振光I变、有消光圆偏振光自然光I不变部分偏振光I变、无消光椭圆偏振光第二步：再用1/4波片+偏振片四分之一波片偏振片(转动)自然光圆偏振光自然光I不变线偏振光有消光椭圆偏振光线偏振光*有消光部分偏振光部分偏振光I变无消光19.6偏振光的干涉1.典型装置甲区：线偏振光，振幅A1，光强乙区：光轴方向o光e光线偏振光单色自然光I0光轴甲区丙区乙区两束线偏振光一束椭圆偏振光丙区：与晶体种类波长波片厚度有关单色自然光I0光轴甲区丙区乙区若P1与P2平行无附加相位差若晶体种类、波长确定—“等厚干涉”2.色偏振若白光入射：有的波长干涉相消，有的波长干涉相张，屏上呈现出一定的色彩，这种现象叫色偏振检验材料有无双折射效应
分析
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物质内部的某些结构—偏光显微术19.7-8光弹效应电光效应旋光入射自然光透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向异性，与OO’为光轴的双折射类似，这种现象叫做光弹效应。实验表明，在一定胁强范围内：S为材料受力的面积k为胁强光学系数•光弹现象••电光效应某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作用下，显示出双折射现象，称为电光效应。a）克尔(j.Kerr)效应：硝基苯液体b）泡克耳斯(F.Pockels)效应：磷酸二氢钙晶体（KDP晶体）线偏振光振动面转过的角度为旋光系数 线偏振光在一些物质中传播时，振动面会转过一个角度，这种现象叫做旋光现象．这种物质叫做旋光物质旋光晶体单色自然光旋光
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