《光学》课程教学课件（PPT讲稿）第五章 光的偏振

第五章光的偏振 1 自然光与偏振光 2 平面偏振光与部分偏振光 3 光通过单轴晶体时的双折射现象 4 光在晶体中的波面 5 偏振元件 6 椭圆偏振光和圆偏振光 7 偏振态的实验检定 8 偏振光的干涉 9 旋光现象

第五章 光的偏振 1 自然光与偏振光 2 平面偏振光与部分偏振光 3 光通过单轴晶体时的双折射现象 4 光在晶体中的波面 5 偏振元件 6 椭圆偏振光和圆偏振光 7 偏振态的实验检定 8 偏振光的干涉 9 旋光现象

第五章光的偏振 本章讨论的主要问题是：（一）自然光经过各种偏振元件时，偏 振状态如何变化。（二）光经过偏振元件时，偏振光强度如何变化 第一节自然光与偏振光 一、光的偏振性， 线偏振光 横波的振动方向对传播方向不具有对称性，我们把这种不对称性 叫做偏振。它是横波区别于纵波的一个最明显标志，只有横波才有 偏振现象。 光波是电磁波，光波中的电振动矢量E和磁振动矢量丑都与传播 速度垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。E称为光矢量，E的 振动称为光振动。光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直， 在与传播方向垂直的平面内还可能有各种各样的振动状态。如果光 在传播过程中电矢量的振动只限于某一确定平面内，则这种光称为 平面偏振光。由于平面偏振光的电矢量在与传播方向垂直的平面上 的投影为一条直线，故又称为线偏振光

第五章 光的偏振 本章讨论的主要问题是：（一）自然光经过各种偏振元件时，偏 振状态如何变化。（二）光经过偏振元件时，偏振光强度如何变化 。 第一节 自然光与偏振光 一、光的偏振性，线偏振光 横波的振动方向对传播方向不具有对称性，我们把这种不对称性 叫做偏振。它是横波区别于纵波的一个最明显标志，只有横波才有 偏振现象。 光波是电磁波，光波中的电振动矢量 和磁振动矢量 都与传播 速度 垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。 称为光矢量， 的 振动称为光振动。光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直， 在与传播方向垂直的平面内还可能有各种各样的振动状态。如果光 在传播过程中电矢量的振动只限于某一确定平面内，则这种光称为 平面偏振光。由于平面偏振光的电矢量在与传播方向垂直的平面上 的投影为一条直线，故又称为线偏振光

常用下图表示平面偏振光。电矢量和传播方向所构 成的平面称为偏振光的振动面。 1 (a个 () 图5.1

常用下图表示平面偏振光。电矢量和传播方向所构 成的平面称为偏振光的振动面。 图5.1

二、自然光 普通光源发出的光一般是自然光，自然光不能直接显示出偏振现 象，这一点可以从光源的微观发光机制来认识。每个发光原子每次 所发射的是一个平面偏振波列。而各个原子的发光是一个自发辐射 的随机过程，彼此没有关联。各波列的偏振方向及位相分布都是无 规则的。因此在同一时刻观察大量发光原子或分子的大量波列，不 仅相互间无位相关系，而且电矢量可以分布在轴对称的一切可能的 方位上。另一方面，由于原子的发光持续时间约为108s,因此在观 察时间内，电矢量也是轴对称分布的。也就是在轴对称的各个方向 上电矢量的时间平均值是相等的，具有这种特点的光叫自然光

二、自然光 普通光源发出的光一般是自然光，自然光不能直接显示出偏振现 象，这一点可以从光源的微观发光机制来认识。每个发光原子每次 所发射的是一个平面偏振波列。而各个原子的发光是一个自发辐射 的随机过程，彼此没有关联。各波列的偏振方向及位相分布都是无 规则的。因此在同一时刻观察大量发光原子或分子的大量波列，不 仅相互间无位相关系，而且电矢量可以分布在轴对称的一切可能的 方位上。另一方面，由于原子的发光持续时间约为10-8 s，因此在观 察时间内，电矢量也是轴对称分布的。也就是在轴对称的各个方向 上电矢量的时间平均值是相等的，具有这种特点的光叫自然光

米 图5.2

图5.2

在数学上，我们可以用任意两个振幅相等的非相干的，正交的线 偏振光来表示自然光。非相干波就是相对位相差作迅速而规则变化 的波。 H- (a) (6) 图5.3

在数学上，我们可以用任意两个振幅相等的非相干的，正交的线 偏振光来表示自然光。非相干波就是相对位相差作迅速而规则变化 的波。 图5.3

令两非相干偏振光的振幅为A,A,则应有 Ax=Ay 若自然的强度为1。，则： 1。=A+A=Ix+I)

令两非相干偏振光的振幅为 ， ，则应有 若自然的强度为 ，则：

第二节平面偏振光与部分偏振光 一、平面偏振光的电矢量表达式 E=Acos(ot-kz)=(An元。+Ao,0)cos(ot-kz) 二、二向色性、偏振片 二向色性指的是有些晶体对不同方向振动的电矢量，具有选择吸 收的性质。 广泛使用的二向色性片是一种透明的聚乙烯醇片，通过加热和延 伸，使得它在特点方向具有排列得很好的长链分子，然后将该片用 碘溶液浸染，碘依次沿聚乙烯醇分子的直线排列起来，与碘相联系 的导电电子就能顺着那些分子上下循环流动。分子好象是微观的导 线。含有这种平行地排列起来的长链分子的薄膜叫做偏振片。当一 束自然光射到偏振片上时，吸收平行链长方向的电场分量，而与它 垂直的电场分量则几乎不受影响，结果透射光为一平面偏振光。我 们把偏振片上能透过电矢量振动的方向称为它的透振方向。像偏振 片这样用于产生偏振光的器件称为起偏器

第二节 平面偏振光与部分偏振光 一、平面偏振光的电矢量表达式 二、二向色性、偏振片 二向色性指的是有些晶体对不同方向振动的电矢量，具有选择吸 收的性质。 广泛使用的二向色性片是一种透明的聚乙烯醇片，通过加热和延 伸，使得它在特点方向具有排列得很好的长链分子，然后将该片用 碘溶液浸染，碘依次沿聚乙烯醇分子的直线排列起来，与碘相联系 的导电电子就能顺着那些分子上下循环流动。分子好象是微观的导 线。含有这种平行地排列起来的长链分子的薄膜叫做偏振片。当一 束自然光射到偏振片上时，吸收平行链长方向的电场分量，而与它 垂直的电场分量则几乎不受影响，结果透射光为一平面偏振光。我 们把偏振片上能透过电矢量振动的方向称为它的透振方向。像偏振 片这样用于产生偏振光的器件称为起偏器

图5.4 若通过第一个偏片的振幅为A，则通过第二个偏振片的振幅为 Acosθ 1。=A2c0s20=1cos2日 上式称为马吕斯定理，第二偏振片用来检验平面偏振光，叫检偏 器。检偏器也用作起偏器

若通过第一个偏片的振幅为A，则通过第二个偏振片的振幅为 上式称为马吕斯定理，第二偏振片用来检验平面偏振光，叫检偏 器。检偏器也用作起偏器。 图5.4

三、反射光的偏振态 当一束自然光在两种介质界面上反射和折射时，反射光和折射光 的偏振态，须根据光的电磁理论，由电磁场的边界条件来决定。 由菲涅耳公式： 4=g6-2 41g(G1+i2) sin(i-i2) As sin(ii) 41_g(-i)_sin(4-i2)cos(+2)=.cos(+i2) Ap tg(i +iz) sin(i+i)cos(i-i2)A cos(i-i2 (不考虑方向，只考虑大小) 在i1=0和i,=90的两种情况下 Ap A Ap Aa Ap =An Ap

三、反射光的偏振态 当一束自然光在两种介质界面上反射和折射时，反射光和折射光 的偏振态，须根据光的电磁理论，由电磁场的边界条件来决定。 由菲涅耳公式： （不考虑方向，只考虑大小） 在 和 的两种情况下