14-1 自然光和偏振光
一、横波的偏振性
振动面,通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。
偏振, 波 的振动方向相对传播方向的不对称性。
光矢量
振动面
v0
H
E
光的偏振态, 光矢量在与光传播方向垂直的
平面内的振动状态。
二, 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, 不相干的线偏振光 。
自然光的表示法：
光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上, 既有
时间分布的均匀性, 又有空间分布的均匀性 。
? ? ?
x
二、线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）
光波的光矢量方向始终不变，
只沿一个固定方向振动。
线偏振光的表示法：
光振动平行板面 x 光振动垂直板面
??? ? ? ?
x
四, 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 。
部分偏振光的表示法：
·· ·· ··
平行板面的
光振动较强
垂直板面的
光振动较强
··
14-2 起偏和检偏 马吕斯定律
起偏,使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。
检偏,检查入射光的偏振性。 透
光
轴
方
向
自然光
偏振片
线偏振光
一、偏振片的起偏和检偏
将待检查的入射光垂直入
射偏振片，缓慢转动偏振
片，观察光强的变化，确
定光的偏振性。
.,,,
.
起偏器 检偏器
自然光 线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器，
光强发生变化
.,,,
.
起偏器 检偏器
自然光 线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器，
光强发生变化
.,,,
.
起偏器 检偏器
自然光 线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器，
光强发生变化
.,,,,
起偏器 检偏器
自然光 线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器，
光强发生变化
.,,,,
起偏器 检偏器
自然光 线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器，
光强发生变化
.,,,,
起偏器 检偏器
自然光 线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器，
光强发生变化
.,,,
.
起偏器 检偏器
自然光 线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器，
光强发生变化
.,,,
.
起偏器 检偏器
自然光 线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器，
光强发生变化
两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零
.,,,
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.,,,
.
检偏器
自然光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
.,,,
.
检偏器
自然光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
.,,,,
检偏器
自然光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
.,,,,
检偏器
自然光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
.,,,,
检偏器
自然光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
.,,,
.
检偏器
自然光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
.,,,
.
检偏器
自然光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
二, 马吕斯定律
?20 co sII ?
0m a x0 III ???,? 02 ?? I，
??
?-----线偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方向
之间的夹角。
如果入射线偏振光的光强为 I0，透过检偏器后，
透射光的光强 I为
O
1N
2N
?
?cosE 0
?sinE 0
14-3 反射和折射时光的偏振
1n
2n
i?
r?
自然光
部分
偏振光
反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化
部分
偏振光
反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射
角等于某一 特定值 i0且满足
1
2
0 n
ni ?tg
这时反射光成为线偏振光。
布儒斯特定律
0i
?
1n
2n
自然光 线偏振光
部分偏振光 20 ?? ??i
0i
起偏振角
布儒斯特角
利用玻璃片堆产生线偏振光
i0
(接近线偏振光 )
玻璃片堆
? ?
? ?
? ?
? ?
? ?
?
? ?
? ?
?
? ?
? ?
?
? ?
? ?
?
? ?
? ?
?
? ?
? ?
?
最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光
一, 双折射现象 寻常光和非常光
对于各向异性晶体，一束
光射入晶体后，可以观察到有
两束折射光的现象。
寻常光线 (o光 )
-----遵守折射定律
非常光线 (e光 )
-----不遵守折射定律
o光和 e光都是线偏振光。
14-4 光的双折射
?
?
?
S
I
1R
2R
?
?
?
?
?
?
o e
光光
当方解石晶体旋转时
o光不动,e光围绕 o光旋转
双
折
射
纸面 方解石
晶体
光光双折
射
当方解石晶体旋转时
o光不动,e光围绕 o光旋转
纸面 方解石
晶体
光光
当方解石晶体旋转时
o光不动,e光围绕 o光旋转
双
折
射
纸面 方解石
晶体
光光
当方解石晶体旋转时
o光不动,e光围绕 o光旋转
双
折
射
纸面 方解石
晶体
二, 晶体的光轴与光线的主平面
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 。
“光轴, 是一 特殊的, 方向,,不是指一条直线 。
凡平行于此方向的直线均为光轴 。
单轴晶体,只有一个光轴的晶体
双轴晶体,有两个光轴的晶体
A
B
光轴
102°
主平面,晶体中某条光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
··
··
o光的振动面垂直于 o光的主平面
e光的振动面在 e光的主平面内
主截面：
由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面 。
*14-5 偏振光的干涉 人为双折射现象
一, 椭圆偏振光与圆偏振光
.,,,
d
C
S
1P
?
光轴
?co sEE e ?
?sinEE o ?
C
?
oE
eE
通过 d后，位相差
d)nn( do ?? ???? 2
4
?? ??? d)nn(
eo
2
2 ?
?
??? ??? d)nn(
eo
四分之一波片
??? ?二分之一波片
d)nn( do ?? ???? 2
4
?? ?若 ?co sEE
e ??sinEE o ?
通过晶片后的光成为圆偏振光
4
?? ?若
通过晶片后的光成为线偏振光，
振动方向旋转 900。
2
?? ?
二,偏振光干涉
.,,,
d
C
S
1P 2P
?
光轴
透光轴相互垂直
C
e E
?
o E
?
E?
e E2
? o E2 ?
?
2 P
1P
??? s i nc o sEs i nEE ee ??2
??? c o ss i nEc o sEE oo ??2
是一对振幅相等的相干光
oe EE 22,
????? ??? d)nn( eo2
?
?
?
??
?
?
暗
亮
?
?
,,k)k(
,,kk
21 12
21 2
?
?
??
光强决定于两束光的总位相差
第一项为两光通过晶片产生的位相差
第二项是由于 方向相反引起的附加位相差
oe EE 22
??,
干涉的明暗条件
色偏振
三、人为双折射现象
某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质，
也呈现双折射现象。
1,光弹性效应 —— 应力双折射
在机械应力作用下，显示光学各向异性
KPnn eo ?? 应力（压强）比例系数??PK
d)nn( eo ?? ???? 2
两偏振光通过厚度为 d介质后产生的位相差
2,克尔效应 —— 电致双折射
在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性
?2KEnn eo ?? 克尔常数?K
应用：光开关
., E?
C
S
1P 2P
克尔盒
透光轴相互垂直
?
?
*14-6 旋光现象
线偏振光通过某些透明物质时, 线偏振光的振动
面将旋转一定的角度, 这种现象称为 振动面的旋转,
也称 旋光现象 。
.,
C
S
1P 2P
过滤器
F
? ? ?
旋光物体
未放置 C,P2后视场黑暗
放置 C后, 旋转 P2一定角度, 视场又变黑暗
1,不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面
向不同方向旋转 。
右旋物质 左旋物质
2,振动面的旋转角 ?与波长有关,
波长给定则与旋光物质的厚度 d有关 。
d?? ? 旋光恒量??
3,偏振光通过糖溶液, 松节油时, 振动面的旋转角
cd?? ? 旋光物质的浓度?c