天津大学：《工程光学》课程PPT教学课件（几何光学、物理光学）第十四章 光的偏振和晶体光学基础（14.1）偏振光概述

第十四章光的偏振和晶体光学基础 光的偏振( Polarization of light.)现象的发现 偏振现象的意义(说明了光的横波性) 天津大学精仪学院 菲涅尔( Fresnel)和阿喇果( Arago)实验 杨氏假设 菲涅尔的理论 偏振现象与晶体( Crystal) 天津大学作 24

1 第十四章 光的偏振和晶体光学基础 光的偏振（Polarization of light）现象的发现 偏振现象的意义（说明了光的横波性） 菲涅尔（Fresnel）和阿喇果（Arago）实验 杨氏假设 菲涅尔的理论 偏振现象与晶体（Crystal）

第一节偏振光概述 、偏振光与自然光( Polarized light and natural light) 1、自然光:具有一切可能的振动方向的许多光波之和 天 特点:振动方向的无规则性。 津 大表示:可用两个振动方向垂直的、强度相等的 学 精 位相关系不磅定的光矢量表示 仪 学 院 自然光 Natural light 天津大学作 24

2 第一节 偏振光概述 一、偏振光与自然光（Polarized light and Natural light） 1、自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。 特点：振动方向的无规则性。 表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、 位相关系不确定的光矢量表示。 自然光 Natural light

2、偏振光( Polarized light): 光矢量的方向和大小有规则变化的光 线偏振光( Linearly polarized light):光矢 量方向不变,其大小随位相变化。 天津大学精仪学院 圆偏振光( Circularly polarized light):光矢 量大小不变,其方向绕传播方向均 匀转动,且矢量末端轨迹为圆 椭圆偏振光( Elliptically polarized light): 光矢量大小和方向都在有规律地变 化,且矢量末端轨迹为椭圆 天津大学作 24

3 2、偏振光（Polarized light）： 光矢量的方向和大小有规则变化的光 线偏振光（Linearly polarized light）：光矢 量方向不变，其大小随位相变化。 圆偏振光（Circularly polarized light）：光矢 量大小不变，其方向绕传播方向均 匀转动，且矢量末端轨迹为圆。 椭圆偏振光（Elliptically polarized light）： 光矢量大小和方向都在有规律地变 化，且矢量末端轨迹为椭圆

偏振光方程: 天津大学精仪学院 E=E Xo+ xO y yo a, exp[ikz] y=a2 expli(kz+a) 天津大学作 24

4 偏振光方程： exp[ ( )] ~ exp[ ] ~ ~ ~ ~ 2 1 0 0 = +  = + E a i kz E a ikz E E x E y y x x y   ＝

1)线偏振光 =,0 inear By=9.0 polarized light) 45.00《 振动平面: 光矢量与传播方向 天津大学精仪学院 组成的平面称为线 偏振光的振动平面。 E=E=a, exp(ikz)xo Horizonta near Polarization 天津大学作 24

5 Z 1）线偏振光 (Linearly polarized light) 振动平面： 光矢量与传播方向 组成的平面称为线 偏振光的振动平面。 1 0 exp( ) ~ ~ E E a ikz x x  ＝ =

)圆偏振光( Circular 1.:9 polarized light) Ph1s45.00 E=a, exp(ikz)xo +a2 expli(k2+o) 天津大学精仪学院 右旋 Right-hand Circular Polarization 天津大学作 24

6 2 0 1 0 1 2 exp[ ( )] exp( ) ~ a i k z y E a ikz x a a   + +  = ＝ 2 右旋   = − z 2) 圆偏振光(Circularly polarized light)

3)椭圆偏振光 (Elliptically 1.00<〓 polarized light Phi 45 c1≠a2 天津大学精仪学院 E=a, exp(ikz)xo +a2 expli(kz+8)lyo 0<δ<兀左旋 π<δ<2π右旋 Right-Hi Elliptic 天津大学作 Polarization 24

7 3) 椭圆偏振光 (Elliptically polarized light)          + +   2 0 exp[ ( )] exp( ) ~ 2 0 1 0 1 2 a i kz y E a ikz x a a   ＝ 左旋 右旋 z

3部分偏振光( Partially polarized light) 自然光在传播过程中,由于外界的作用造成振 动方向上强度不等,使某一方向上的 振动比其它方向上的振动占优势 天津大学精仪学院 自然光 部分偏振光 天津大学作 Natural light artial polarized light 8 24

8 自然光 部分偏振光 3、部分偏振光( Partially polarized light) 自然光在传播过程中，由于外界的作用造成振 动方向上强度不等，使某一方向上的 振动比其它方向上的振动占优势。 Natural light Partial polarized light

表示:部分偏振光=完全偏振光+自然光 完全偏振光I=Imax-Imin 天津大学精仪学院 偏振度 P= max mn mIn 天津大学作 9 24

9 max min max min I I I I I I P P + − = = 总 表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光 完全偏振光 Ip=Imax-Imin 偏振度：

偏振光的产生( Production of polarized light) 主要方法:反射和折射、二向色性、散射、双折射 1. Polarization by reflection 天津大学精仪学院 2. Polarization by transmission 3. Polarization by dichroism 4. Polarization by scattering 5. Polarization by double refraction 天津大学作 10 24

10 二、 偏振光的产生（Production of polarized light） 主要方法：反射和折射、二向色性、散射、双折射 1. Polarization by reflection 2. Polarization by transmission 3. Polarization by dichroism 4. Polarization by scattering 5. Polarization by double refraction