第23章 光的偏振 §1 光的横波性与偏振现象 §2 光在反射折射时的偏振 §3 光在晶体中的双折射

§1 横波与偏振现象 一.横波与偏振现象 横波 纵波 对传播方向对称 对传播方向不对称

机械横波的检验 若振动方向平行AB 通 若把AB旋900，则 不通

纵波无偏振现象

光矢量对传播方向的偏振性 在与物质的作用过程中一定有所反映 只有横波有偏振现象 而纵波无偏振问题 2.如何检验光的横波性 光矢量对传播方向的偏振性 在与物质的作用过程中一定有所反映 首先---用偏振片检验 偏振片 大分子物质 对振动方向反映出吸收系数不同 通光方向 通 通光方向或偏振化方向 不通 演示 两个偏振片

形象说明偏振片的原理 通光方向 腰横别扁担进不了城门

二.光源的偏振状态 1. 线偏振光　　 也叫面偏振光 偏振光 完全偏振光 线偏振光的图示 在纸面内振动 垂直纸面的振动

一个原子一次发光一定是偏振光 如何得到可实用的线偏振光呢? 　　特殊光源－－如外腔式激光器 　　更多的途径是从普通光源中获取 普通光源的偏振态 通常是自然光和部分偏振光

2.自然光 普通光源发光：随机 间歇 在人们观察的时间内 有无穷次的发光 按统计的观点 人们观察到的将是： 在垂直传播方向的平面内 在人们观察的时间内 有无穷次的发光 按统计的观点 人们观察到的将是： 在垂直传播方向的平面内 各个方向的光振动全有 各个振动方向的强度相等 乱 是各个振动的无规混杂

y 在实际应用中将光矢量分解为 振幅相等的两个垂直分量 或 x 视研究的问题决定如何取坐标轴 如在从自然光中获取偏振光时 偏振片的通光方向就是首选的坐标轴 图示 各个方向振动全有

3.部分偏振光 本质上同自然光 但显示出某个方向的振动较强些 通光方向 用偏振片检验 图示 分量占优 分量占优

从实用的角度 必须解决两大问题 第二 如何从普通光源中取得偏振光 第一 如何判别光源的偏振态 三个基本途径 偏振光的检验 原理： 二向色性 布儒斯特定律 双折射

第一种从普通光源中获取偏振光的方法 利用偏振片（二向色性）可以获取偏振光 偏 振 化 方 向 自 然 光 线 偏振片

三.偏振状态的检验(初步) 所谓初步： 就上述三种偏振态的检验而言 实际上还有椭圆和园偏振态 1. 装置 观察出射光强的变化 　1. 装置 偏振片 出射光 观察出射光强的变化 入射光 该偏振片称检偏器 演示 偏振片

观察出射光强的变化 2.检验 光强变化 入射光 出射光 消光 不变 入射光 线偏振 入射光 自然光 或圆偏振光 部分偏振光 入射光 或椭圆偏振光

3.线偏振光通过偏振片后的光强 马吕斯定律 振幅矢量分解 线偏振光 通光方向 反映光矢量对传播方向不对称

光强I0的自然光通过偏振片后光强变为多少? P1 S 理想偏振片 该偏振片可以从自然光中取得偏振光 所以 称为起偏器

两个正交偏振片中间再加一个偏振片，将出现什么现象？ 思考： 两个正交偏振片中间再加一个偏振片，将出现什么现象？ P A 下面介绍获取线偏振光第2种方法

四.光在反射折射时的偏振 布儒斯特定律 自然光入射在两各向同性介质表面 观察反射光 折射光线的偏振状态

1.现象 1)一般入射角的情况 反射光 折射光都是部分偏振光 反射光中 垂直入射面振动占优 折射光中 平行入射面振动占优

2)特殊入射角的情况 入射角满足 (起偏角或布儒斯特角 ) 两光偏振状态 反射光 -- 完全偏振光 折射光 -- 部分偏振光 反射光线与折射光线 垂直

2. 布儒斯特定律 光在两各向同性介质表面入射时 如果入射角与两介质折射率存在下述关系 平行入射面的光振动全透过 这就是布儒斯特定律

思考：自然光以布氏角入射，图示通过一系 列平行的同质的玻璃片（称为玻片堆）后 反射光和透射光的偏振状态

例：偏光镜头 橱窗设计 立体电影

（C） 用偏光镜消除了反射偏振光,使玻璃门内的人物清晰可见 （B） 用偏光镜减弱了反射偏振光 （A） 玻璃门表面的反光很强

总结前述：从普通光源中获得线偏振光的方法 利用各向异性物质的二向色性 (偏振片) 物质对振动方向显现出吸收系数的不同 2.利用自然光在两个各向同性介质表面的反射 (布儒斯特仪) 物质对振动方向显现出反射系数的不同 3.利用各向异性晶体的双折射(晶体偏振器) 物质对振动方向显现出传播速度的不同

§3 光在晶体中的双折射 现象介绍 双折射现象 象 折射现 双 方解石晶体 CaCO 3 纸面

一.各向异性晶体中的双折射现象 自然光进入各向异性晶体中 光线？ 方解石晶体 现象： 1)两束折射光 服从折射定律 寻常光线 不服从折射定律 自然光进入各向异性晶体中 光线？ 方解石晶体 CaCO3 的同素异构体 现象： 1)两束折射光 服从折射定律 o 光 寻常光线 不服从折射定律 e 光 异常光线 演示双折射

2) o 光 e 光的 偏振状态 均是偏振光 两者振动方向 近乎垂直 需要进一步解决的问题： e 光在晶体内的传播方向？ o 光 e 光的振动方向 ？ 需要先介绍晶体的基本知识

二.晶体的光轴 光线的主平面 1.光轴(方向) 在这个方向上 不发生双折射 称这个特殊方向为晶体的光轴 注意： 光轴在晶体内 光轴是一个方向 二.晶体的光轴 光线的主平面 1.光轴(方向) 在这个方向上 不发生双折射 称这个特殊方向为晶体的光轴 注意： 光轴在晶体内 光轴是一个方向 光轴

光线在晶体内部沿着光轴方向传播 不发生双折射 实验上怎么操作才能使入射光线 进入晶体后沿光轴方向传播呢？ 思考: 必须令入射表面垂直光轴 将下述情况与左图情况比较 在空气中沿光轴方向入射 空气 方解石 光轴

uniaxis crystal biaxis ~ 分类：单轴晶体 双轴晶体 uniaxis crystal biaxis ~ 只有一个光轴方向 有两个光轴方向 方解石 (冰洲石) 石英 quartz 云母 蓝宝石 mica sapphire 人工拉制单轴晶体 ADP(磷酸二氢氨) 铌酸锂(LiNiO3) O.A.

2.光线的主平面 光线与光轴组成的平面称该光线的主平面 一般情况下 两个光线主平面不重合 特殊：光轴在入射面内 两个光线主平面重合 方解石 O光的 主平面 e光的 主平面 e o 一般情况下 两个光线主平面不重合 特殊：光轴在入射面内 两个光线主平面重合 此时 两个光线的主平面可用入射面代替

三. o光 e 光的振动方向 我们知 o 光和 e 光 都是线偏振光 振动方向怎样说明呢？ 必须由各光线的主平面来说明 o 光的振动垂直 o光的主平面 O.A. o e e光的振动在e光的主平面内

演示:偏振光干涉现象种种 在装置确定后 相位差与晶体 与波长 与波片厚度有关 波长确定 石英劈尖等厚条纹 等厚条纹  石英

石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）

晶片确定 厚度确定 白光入射 由于某种波长干涉相消而呈现它的互补色 这种现象叫（显）色偏振 如 红色（656.2 nm） 相消 出现绿色（492.1nm） 蓝色（485.4nm） 相消 出现黄色（585. 3 nm） 若厚度不均匀 会出现彩色条纹

各处 不同→各处 不同→出现干涉条纹 变→ 变→干涉情况变 钓钩的光弹图象 模型的光弹图象 第23章结束 演示

利用偏振光干涉看到的结冰过程 视频