《光学》课程教学资源（课件讲稿）第二章 波动光学基本原理 第九节 光的横波性和五种偏振态 第十节 光在电介质表面的反射和折射菲涅耳公式

Optics第二章波动光学基本原理第九节光的横波性和五种偏振态

第二章 波动光学基本原理 第九节 光的横波性和五种偏振态

Optics第九节光的横波性和五种偏振态9.1光的横波性9.2光的偏振现象9.3偏振片9.4光的五种偏振态9.5起偏与检偏，马吕斯定律

第九节 光的横波性和五种偏振态 9.1 光的横波性 9.2 光的偏振现象 9.3 偏振片 9.4 光的五种偏振态 9.5 起偏与检偏，马吕斯定律

Optics9.1 光的横波性光的横波性横波（Transversewave）：在传播介质中粒子的振动方向与波的传播方1向垂直，也称S波。（电磁波、地震波中的S波）纵波（Longitudinalwaves）：在传播介质中粒子的振动方向与波的传播方向平行，也称P波。（声波、地震波中的P波）Uk纵波Longitudinal Wave横波U//kElkUk纵波周L1-6竞气中蔬密部分的传播邢成油技

纵波 k U k E 9.1 光的横波性 光的横波性 ① 横波（Transverse wave）：在传播介质中粒子的振动方向与波的传播方 向垂直，也称S波。(电磁波、地震波中的S波) ② 纵波（Longitudinal waves ）：在传播介质中粒子的振动方向与波的传 播方向平行，也称P波。（声波、地震波中的P波） 纵波 k U 横波 E⊥k U// k

Optics9.2 光的偏振现象偏振振动方向与传播方向的关系。偏振现象的实质是振动方向相对于传播方向的不对称性问题：偏振是横波所特有的现象吗？偏振是横波所特有的现象。所以光具有偏振特性证明了光的横波性基本问题EH(1）.偏振现象的发现(2).偏振的产生k(3).偏振态的描述(4).偏振态的产生和检测非偏振的带有偏振特性的

9.2 光的偏振现象 偏振 振动方向与传播方向的关系。偏振现象的实质是振动方向相对于传播方向 的不对称性。 问题：偏振是横波所特有的现象吗？ 偏振是横波所特有的现象。 非偏振的 带有偏振特性的 基本问题 (1). 偏振现象的发现 (3). 偏振态的描述 k k E E E k 所以光具有偏振特性证明了光的横波性。 (2). 偏振的产生 (4). 偏振态的产生和检测

Optics9.2光的偏振现象偏振现象的发现①无考据的历史，一般认为是维京海盗（Vikings)为了航海的目的开始了对偏振光的研究。据传这些海盗使用了一种神秘的双折射晶体研究天空的偏振光。丹麦物理学家和数学家ErasmusBartholinus在1669年发现了方解石中的2）双折射现象。虽然当时他仍未意识到这是一种偏振现象，但是正史一般认为偏振光的历史应当从这一节点开始算起。1690年，荷兰物理学家、天文学家ChristianHuygens在解释双折射现象3的实验研究中，发现了方解石射出的两束光，在经过同样材料、但旋转了特定角度的晶体时会出现消光。这是偏振现象第一次被发现。之后，牛顿在1704-1706对这一现象进行了解释，但受限于微粒说的观点1808年法国车事工程帅马吕斯（E.L：Malus1775-1812）针对法兰西科A学院的悬赏“给出双折射的数学理论，并用实验证实之”，对冰洲石的双折射现象进行了研究，首次将“偏振”概念用于描述光学现象

9.2 光的偏振现象 偏振现象的发现 ① 无考据的历史，一般认为是维京海盗（Vikings)为了航海的目的开始了 对偏振光的研究。据传这些海盗使用了一种神秘的双折射晶体研究天 空的偏振光。 ② 丹麦物理学家和数学家Erasmus Bartholinus在1669年发现了方解石中的 双折射现象。虽然当时他仍未意识到这是一种偏振现象，但是正史一 般认为偏振光的历史应当从这一节点开始算起。 ③ 1690年，荷兰物理学家、天文学家Christian Huygens在解释双折射现象 的实验研究中，发现了方解石射出的两束光，在经过同样材料、但旋 转了特定角度的晶体时会出现消光。这是偏振现象第一次被发现。之 后，牛顿在1704-1706对这一现象进行了解释，但受限于微粒说的观点。 ④ 1808年法国军事工程师马吕斯（E.L. Malus 1775-1812）针对法兰西科 学院的悬赏“给出双折射的数学理论，并用实验证实之” ，对冰洲石 的双折射现象进行了研究，首次将“偏振”概念用于描述光学现象

Optics偏振片AainAiPAllA...hnanadn

偏振片

Optics9.3偏振片光通过二向色性晶体光轴电气石晶体NaR,Al,[Si.O18][BO3]3(OH,F)4

光通过二向色性晶体 电气石晶体 NaR3Al6 [Si6O18][BO3 ]3 (OH,F)4 光轴 9.3 偏振片

Optics9.3偏振片偏振片：只让某一振动方向光波通过的光学元件称为偏振片。这个方向被称为偏振片的透振方向或偏振方向。几种典型的偏振片（偏光片）（1）金质线栅Fd~10-4mm垂直于导线的振动不能被电子吸收电子沿导线的振动吸收电磁波

9.3 偏振片 几种典型的偏振片（偏光片） （1）金质线栅 k E x E y E y d~10-4mm 垂直于导线的振动 不能被电子吸收 电子沿导线的振动吸收电磁波 偏振片：只让某一振动方向光波通过的光学元件称为偏振片。这个 方向被称为偏振片的透振方向或偏振方向

Optics9.3偏振片几种典型的偏振片拉伸（2）人造偏振片一二向色性偏振片包括J、H、K等类型的人造偏振片H偏振片（E.H.Land，1938）聚烯醇薄膜基片；1在蒸汽中均匀加热拉伸，使长键分子整齐排列浸碘，使碘分子聚合到已被拉直的分子链上；干燥后，形成导电的碘链称为性能优良的偏振片5优点：偏振度高达99%以上，可用于整个可见光EdwinHerbertLand波段，是自前使用最广泛的人造偏振片（1909~1991）缺点：强度差，不能受潮，易退偏

9.3 偏振片 几种典型的偏振片 （2）人造偏振片—二向色性偏振片 ① 聚烯醇薄膜基片； ② 在蒸汽中均匀加热拉伸，使长键分子整齐排列； ③ 浸碘，使碘分子聚合到已被拉直的分子链上； ④ 干燥后，形成导电的碘链 ⑤ 称为性能优良的偏振片 Edwin Herbert Land （1909~1991 ） 优点：偏振度高达99%以上，可用于整个可见光 波段，是目前使用最广泛的人造偏振片 缺点：强度差，不能受潮，易退偏。 H偏振片（E. H. Land ，1938） 包括J、H、K等类型的人造偏振片 1928年首次通过机械挤 压制造了J型偏振片

Optics9.3偏振片几种典型的偏振片（3）人造偏振片一导电聚合物白川英树1971年白川英树等在高催化剂浓度下得A.G.MacDiarmidA.J.Heeger到了具有金属光泽的膜状聚乙炔，开创了导2000年诺贝尔化学奖授予电聚合物研究的先河。白川英树的实验结果MacDiarmid、白川英树和Heeger，以表引起了AGMacDiarmid教授的浓厚兴趣，邀彰他们在导电聚合物方面的开创性工作。请白川英树前往讲学，并和AJHeeger合作，现在导电聚合物已被广泛于有机电利用碘等电子受体对聚合物进行掺杂，使电致发光、有机太阳能电池、有机场效应绝缘的聚合物掺杂到了“金属区”，并详细管等领域。研究了其物理机理

9.3 偏振片 几种典型的偏振片 （3）人造偏振片—导电聚合物 1971年白川英树等在高催化剂浓度下得 到了具有金属光泽的膜状聚乙炔，开创了导 电聚合物研究的先河。白川英树的实验结果 引起了AG MacDiarmid 教授的浓厚兴趣，邀 请白川英树前往讲学，并和AJ Heeger合作， 利用碘等电子受体对聚合物进行掺杂，使电 绝缘的聚合物掺杂到了“金属区”，并详细 研究了其物理机理。 A.G. MacDiarmid 白川英树 A.J. Heeger 2000 年 诺 贝 尔 化 学 奖 授 予 MacDiarmid、白川英树和Heeger，以表 彰他们在导电聚合物方面的开创性工作。 现在导电聚合物已被广泛于有机电 致发光、有机太阳能电池、有机场效应 管等领域