第56讲波动光学——光的偏振第56讲：波动光学——光的偏振内容.DOC

第56讲：波动光学——光的偏振 内容：§17－12~§17－17 1．自然光与偏振光 2．起偏与检偏 （40分钟） 3．反射光与折射光的偏振 （30分钟） 4．双折射现象 5．旋光现象 （40分钟） 6．偏振光的干涉 7．非线形光学现象 要求： 1．了解光的偏振性； 2．了解起偏与检偏，掌握马吕斯定律； 3．了解反射光与折射光的偏振，掌握布儒斯特定律。 4．了解双折射现象； 5．了解旋光现象； 6．了解偏振光的干涉。 重点与难点： 1．马吕斯定律； 2．布儒斯特定律； 3．双折射现象。 作业： 问题：P173：22，23，24，25 习题：P177：28，29，30，31 复习：第十七章 复习： 圆孔衍射 光学仪器的分辨率 衍射光栅 X射线的衍射 §17－12 光的偏振性 马吕斯定律 引言：光的干涉现象和衍射现象证实了光的波动性，而光的偏振现象则进一步说明了光是横波。 光的偏振现象是Malus在1809年发现的。但是当时认为光是纵波，无法解释光的偏振现象； 1817年，Young认为光是横波，偏振现象可以得到解释； Fresnel承认光是横波，解释了偏振光的干涉现象；Fresnel还发现圆偏振光和椭圆偏振光，建立了双折射理论。 根据Maxwell电磁理论，光是一种电磁波，在光与物质相互作用时，主要是横向振动着的电矢量起作用。电矢量的各种振动状态使光具有各种偏振状态。本部分就是讨论光的偏振，主要内容有： 光的偏振现象及与光的偏振有关的几个概念； 偏振光的获得与检验； 两个定律：马吕斯定律和布儒斯特定律； 双折射现象； 偏振光的干涉。 一、光的偏振性： 1．光的偏振性： 1）横波和纵波的区别——偏振： 纵波：振动方向与传播方向一致，振动方向唯一，不存在偏振问题； 横波：振动方向与传播方向垂直，振动方向不唯一，存在偏振问题。 如果把通过波的传播方向并包含振动矢量在内的平面称为振动面，则振动面与其它不包含振动矢量在内的任何平面都是不相同的，即波的振动方向对传播方向不是具有对称性。 定义：振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振性。只有横波才具有偏振现象，偏振现象是横波区别于纵波的一个最明显的区别。 2）光的偏振性： 电场强度矢量——光矢量 对于平面电磁波，光矢量E的振动方向于传播方向垂直。 光矢量E的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性，这种光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为光的偏振性。 三、光的分类——以偏振为依据 光的横波性表明，光的振动矢量与光的传播方向垂直，然而在与传播方向垂直的二维空间内，可以有各种各样的振动状态，我们称此为光的偏振状态（Polarization State）。 1．线偏振光（Linear Polarization）： 1）在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动，则称为平面偏振光，又称为线偏振光。 2）表示方法： 如图所示，短线表示振动方向平行于纸面的线偏振光；而点子表示振动方向垂直于纸面的线偏振光。 2．自然光（Natural Light） 光是由光源中大量原子（分子）发出的。各原子发出的光的波列不仅初相位彼此不同，而且振动方向也各不相同。在每一时刻，光源中大量原子所发出的光的总和，实际上包含了一切可能的振动方向，而且平均说来，没有哪个方向上的光振动比其它方向占有优势，因而表现为在不同的方向上有相同的能量和振幅。这种各个方向光振动振幅相同的光，称为自然光。 1）在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等； 2）自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个线偏振光，它们的振幅相等，且在各光振动之间没有确定的相位关系，因此它们各占自然光总光强的一半。 3）自然光的表示方法：圆点与短线等距离地交错、均匀地画出。 4）除自然光外，光的偏振状态有以下四种：部分偏振光，线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光。 椭圆 圆 线 Partial Polarization）： 1）光波中不同方向上的光振动振幅不等，在某一方向上振幅最大，而与之垂直的方向上的振幅最小，则称为部分偏振光。 2）部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位差。 3）表示方法： 振动面平行于纸面较强的