1、第 十五 章 波动光学,电磁波是横波，光矢量振动方向与光传播方向垂直.,15.7 光的偏振现象,只有横波有偏振现象，而纵波无偏振问题.,通光方向,腰横扁担进不了城门,15.7.1 光的偏振态,1. 线偏振光,a.线偏振光：光矢量只沿一个固定方向振动.,b.振动面：光振动方向与传播方向构成的平面.,2.圆偏振光和椭圆偏振光,椭圆偏振光(elliptically polarized light) 光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出椭圆轨迹.检偏器旋转一周，光强两强两弱.,圆偏振光(circularly polarized light) 光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出圆形轨迹.检
2、偏器旋转一周，光强无变化.,3.自然光,因原子发光的“随机性”，光矢量各向随机均匀分布，振幅相等，称为自然光.,1.偏振片,偏振化方向,自然光,线偏振光,15.7.2 偏振片 马吕斯定律,(1)偏振片： 能吸收某一方向的光振动，而只让与之垂直方向上的光振动通过 的一种透明薄片.,2. 马吕斯定律,光强为I0的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为：,例15-14.已知自然光通过两个偏振化方向相交60的偏振片，透射光强为I1，今在 这两偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方向均夹30角，则透射光强为多少？,解:依题意,例15-14.已知自然光通过两个偏振化方向相交60的偏
3、振片，透射光强为I1，今在 这两偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方向均夹30角，则透射光强为多少？,例15-15.一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一偏振片时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到5倍.求入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分之几？,解:设入射光强度：I0 ； 自然光强度：I10 ； 偏振光强度: I20,设通过偏振片后的光强分别为： I ， I1 ， I2,例15-15.一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一偏振片时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到5倍.求入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分
4、之几？,偏振片的应用,一、反射和折射的起偏,15.8 反射和折射时的偏振布儒斯特定律,折射光、反射光均为部分偏振光折射光：入射面内的光矢量大于垂直入射面的光矢量；反射光：入射面内的光矢量小于垂直入射面的光矢量.,此时，反射光为线偏振光,即：,布儒斯特角：,布儒斯特定律: 自然光以布儒斯特角入射到两不同介质表面，其反射光为线偏振光，光振动垂直于入射面.,玻璃堆,布儒斯特角,线偏振光,用偏光镜消除了反射偏振光，使玻璃门内的人物清晰可见.,流水画,方解石晶体双折射现象,(CaCO3 ),15.9 双折射现象,寻常光线(o光)： 恒遵守通常折射定律的光线.非常光线(e光)： 不遵守通常折射定律的光线.
5、检偏器检验表明： o光和e光都是线偏振光.,15.9.1 晶体双折射现象的基本规律,主平面:包含光轴和某光线的平面称该光线的主平面.,o光振动垂直其主平面e光振动平行其主平面,主截面:包含光轴和晶面法线的平面.,入射光在主截面内时，两主平面重合.,单轴晶体：方解石 石英 红宝石双轴晶体：云母 硫磺 蓝宝石,o光在晶体中各方向传播速度相同.e光在晶体中各方向传播速度不同.,15.9.2 惠更斯原理解释双折射现象,1.单轴晶体中光波的波面,正晶体,15.9.2 惠更斯原理解释双折射现象,1.单轴晶体中光波的波面,正晶体,2.主折射率:,正晶体(positive crystal),为e光在旋转椭球长
6、短轴方向上的折射率.,3.惠更斯作图法,无双折射现象,o光和e光都不折射，但速度和折射率不同，所以两波面并不重合.,由惠更斯原理解释双折射现象：,15.9.3 偏振棱镜(polarizing prism),1、尼科耳棱镜(Nicol prism) 是将天然的方解石晶体按一定的要求加工成两块直角棱镜，然后再用特种树胶把它们粘合起来制成一块斜长方形的光学棱镜.,2、沃拉斯顿棱镜,两块光轴互相垂直的棱镜粘接而成，可使两束线偏振光分开.,15.10.1 偏振光干涉,从偏振片P得到的线偏振光经过晶片C后，成为两束相互之间有相位差而振动方向互相垂直的o光和e光.(相位差不等于的整数倍时，构成椭圆偏振光.)
7、,15.10 偏振光的干涉 人为双折射现象 旋光现象,椭圆偏振光再穿过一个偏振片A后，由于偏振片只有一个偏振化方向，所以通过偏振片后，这两束互相垂直的同频率、相位差恒定的光，具有了同一个振动方向，因此这两束光成了相干的偏振光.,表示o光和e光通过偏振片A时,在平行其偏振化方向的分振动，它们就是透过偏振片A的相干光.若为复色光入射时，晶体对不同波长的光干涉条件各不相同，因此在检偏器后应看到不同的颜色，这种情况，我们称之为色偏振(chromatic polarization).,A1表示入射偏振光的光矢量，Ao和Ae分别为A1在平行和垂直于晶体主截面方向上的分量A2o和A2e.,振幅为,经检偏器：
8、o光和e光都沿检偏器的偏振化方向振动，但振幅矢量方向相反(附加位相差).,两相干偏振光总的位相差为,干涉极小，视场最暗.,色偏振,15.10.2 人为双折射,有些各向同性的非晶体或液体，受外界的人为因素影响而转变为各向异性，呈现出双折射现象.这种现象称为人为双折射.,1.光弹性效应(photoelastic effect) 某些非晶体物质，在力的作用下发生形变时，将失去非晶体的各向同性的特征而具有晶体的性质，从而也能呈现出双折射现象.,应用：光开关,p1p2透光轴相互垂直,2.电光效应(electrooptical effect)(克尔效应) 某些各向同性的非晶体或液体等透明物质，在强电场作用
9、下，使分子定向排列，能变为各向异性而显示双折射现象电致双折射.,K-克尔常数,15.10.3 旋光现象,1.旋光现象：偏振光在通过某些物质后，其振动面会以光的传播方向为轴转过一个角度的现象.,旋光物质：具有旋光性质的物质.,右旋物质：迎着光线射来的方向观察，振动面按顺时针方向旋转的物质.,左旋物质：振动面按逆时针方向旋转的物质.,石英晶体、葡萄糖、果糖（右旋）,旋光仪,旋光度 ：偏振光通过旋光物质后，其振动面转过的角度.,V 称为费尔德常量，与物质的性质、光的波长以及温度等有关.,2.磁致旋光：某些磁性物质在外磁场的作用下出现旋光现象，称为法拉第磁旋效应.,实验表明，磁致旋光度与样品的长度 l 、所加磁感应强度 B 成正比：,
