第五章光的偏振1分解.doc

第五章 光的偏振 （Polarization of light） 学习目的 通过本章的学习使得学生了解光通过各向异性介质时所产生的偏振现象，初步掌握自然光、线偏振光、椭圆偏振光的检测方法。 内容提要 阐明惠更斯作图法，说明光在晶体中的传播规律； 介绍布儒斯特定律和马吕斯定律； 阐明自然光、线偏振光、椭圆偏振光的概念和检测方法； 介绍1/4波片的功用； 讨论光在各向异性介质中的传播情况。 重点 1、偏振光的检测方法； 2、光在晶体中的传播行为。 难点 偏振光的检测方法； 各向异性介质光的传播行为。 计划学时 计划授课时间10学时 教学方式及教学手段 课堂集中式授课，采用多媒体教学。 参考书目 1、《光学》第二版 章志鸣等编著，高等教育出版社，第七章 2、《光学。近代物理》 陈熙谋编著，北京大学出版社，第四章 第一节 自然光与偏振光 一、光的偏振性 纵波：波的振动方向和波的传播方向相同的波称为纵波。 横波：波的振动方向和波的传播方向相互垂直的波称为纵波。 偏振：波的振动方向相对于传播方向的不对称性称为偏振。只有横波才有偏振现象。 振动面：电矢量和光的传播方向所构成的平面称为偏振光的振动面。 二、自然光和偏振光（natural light） 1、偏振光的种类 平面偏振光：光在传播过程中电矢量的振动只限于某一平面内，则这种光称为平面偏振光。 线偏振光：（linearly polarized light）光在传播过程中电矢量在传播方向垂直的平面上的投影为一条直线，则这种光称为线偏振光。 线偏振光的表示法： 部分偏振光（partially polarized light）彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振动的组合称部分偏振光。 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直、不等幅、不相干的线偏振光。 ▲部分偏振光的表示： 圆偏振光和椭圆偏振光 光矢量按一定频率在垂直传播方向的平面内旋转（左旋或右旋），其矢端轨迹是圆的称圆偏振光（circularly polarized light）；其矢端轨迹是椭圆的称椭圆偏振光（ellipticly polarized light）。 规定：迎着光线看，若光矢量顺时针转，称右旋圆（椭圆）偏振光；光矢量逆时针转，称左旋圆（椭圆）偏振光。 线、圆和椭圆偏振光均称为完全偏振光。它们都可看成是两个频率相同、传播方向一致、振动方向相互垂直、相位差为某个确定值的线偏振光的合成。 2、自然光 普通光源各原子发光是独立的，每个波列的振幅、相位和振动方向都是随机的，它们对其传播方向形成轴对称分布。这种大量的、平均振幅相同、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的光振动的组合叫自然光。 一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直、等振幅、不相干(无固定相位差)的线偏振光。 自然光沿x、y方向分解后，其Ex和Ey无固定关系，它们是彼此独立的振动： ─与x，y方向选择无关 总光强 ─非相干叠加 ▲自然光的表示： 自然光也称为非偏振光。 以上五种光的振动状态称为光的五种偏振态（polarization state）。光的偏振证明了光的横波性。 第二节 线偏振光和部分偏振光 一. 偏振光的获取 1、起偏：从自然光获得偏振光。 2、起偏器（polarizer）：产生偏振光的光学器件。 3、线偏振光的分解 线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解。 思考：分解后的两振动相位关系如何? 二、由二向色性产生的线偏振光 1、二向色性的定义 二向色性指的是有些晶体对振动方向不同的电矢量具有选择吸收的性质。 2、起偏的原理 利用某种光学的不对称性，如：二向色性、反射和折射、散射、双折射…产生偏振光。 3、起偏器的种类 偏振片（Polaroid）：由自然光获得线偏振光的平面片状器件，用P表示。 微晶型：利用晶体的二向色性（对某一方向的光振动有强烈吸收）起偏，如把硫酸碘奎宁的针状粉末定向排在透明的基片上。 分子型：利用导电线栅的原理起偏，如把富含自由电子的碘附在拉伸的塑料薄膜上。 ▲偏振片的起偏： 出射光强 （理想情况） 4、马吕斯定律（Malus law） 线偏振光通过偏振片P前后的光强关系： ──马吕斯定律（1809） ──消光（extinction） 三、反射光的偏振态 1、反射光的偏振态 当一束自然光在两种介质的界面上反射和折射时，反射光和折射光的传播方向虽由反射和折射定律决定，但这两束光的振动取向，即偏振态则由电磁理论的边界条件来决定。由菲涅耳公式可知： 将两式作一变换，可得： 在i1=0或i1=900的两种情况下，可得： 由于Ap1=As1，因此上式表明反射光中电矢量的平行分量A