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1、,光的偏振,光的偏振,13-9 自然光 偏振光,振动方向与传播方向组成的平面,光矢量 E 的振动方向对传播方向的不对称性,结论：只有横波才有偏振现象。,偏 振：,偏振态：,振动面：,光矢量在垂直光传播方向的平面内的振动状态,13-9 自然光 偏振光振动方向与传播方向组成的平面,一、自然光及其特点,没有优势方向,自然光的分解,光矢量具有环绕传播方向的对称性，垂直光传播方向的平面内，光振动 没有优势方向；,2.各方向的光矢量振幅相等；,3.可用一对独立的、相互垂直的、振幅相等的光矢量表示。,自然光的表示方法：,“”表示光振动纸面；,“”表示光振动纸面。,一、自然光及其特点没有优势方向自然光的分解
2、光矢量具有环,二、线偏振光,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：,只含某一个固定振动方向的光。,线偏振光的表示方法：,简称：偏振光,亦称：完全偏振光，平面偏振光,二、线偏振光线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：只含某一个,三、部分偏振光,部分偏振光的分解,部分偏振光,部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、独立的、振幅不等的线偏振光。,部分偏振光的表示方法：,纸面的光振动较强,纸面的光振动较强,某振动方向占优势的光,三、部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光 部分偏振,四、圆偏振光和椭圆偏振光,圆 偏 振 光,光矢量在传播方向的平面内,椭圆偏振光,左旋光,右旋光,端点的轨迹是圆的光。,以一 定
3、角频率旋转，且光矢量,光矢量在传播方向的平面内,端点的轨迹是椭圆的光。,以一 定角频率旋转，且光矢量,四、圆偏振光和椭圆偏振光 圆 偏 振,五、获得偏振光的方法,1.利用晶体的二向色性；,二向色性 吸收一个方向光振动而透过另一个方向光 振动的特性,2.利用自然光在介质表面的反射和折射；,3.利用晶体的双折射；,4.利用分子散射；,5.利用新型激光。,五、获得偏振光的方法 1.利用晶体的二向色性；,13-10 偏振光的获得和检测(起偏和检偏),一、起偏和检偏,1.起 偏：使自然光或非偏振光变成线偏振光。,2.检 偏：检验入射光的偏振性。,利用晶体的二向色性,4.偏振片的偏振化（透振）方向：,透过
4、偏振片的光振动方向,3.偏振片：,制成的透明薄片,13-10 偏振光的获得和检测(起偏和检偏)一、起,光强 I 不变，是什么光？,光强 I 变，有消光 是什么光？,光强 I 变，无消光 是什么光？,5.偏振片的起偏和检偏方法,起偏,检偏,偏振片既可作起偏器又可作检偏器。,光强 I 不变，是什么光？光强,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化起偏器 检偏器,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化起偏器 检偏器,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化起偏器 检偏器,偏振光通过旋转的检偏器，光
5、强发生变化,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化起偏器 检偏器,两偏振片的偏振化方向相互垂直，光强为零,两偏振片的偏振化方向相互垂直，光强为零自然光 线偏振光,两个偏振片的偏振化方向相互平行，光强最大,两个偏振片的偏振化方向相互平行，光强最大 起偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光通过
6、旋转的检偏器，光强不变 检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光通过旋转的检偏器，光强不变 检偏器,二、马吕斯定律,马吕斯定律（1809）,I 出射线偏振光强度,I0 入射线偏振光强度,入射偏振光的振动方向与偏振片偏振化方向的夹角,(13-71),P,（理想情况）,二、马吕斯定律 马吕斯定律（1809）I 出射线偏,I0,I1,I0,I2=？,例：当一束自然光相继通过两个透振 化方向成600角的偏振片 p1、p2 时，透射光强为I1,若在这两个偏振片之间再插入另 一偏振片p3,它的透振方向与前两个偏振片均成300角，则 透过p2的光强为多少？,I0I1 I0P1P2I0I2=？I0,反
7、射光和折射光的偏振：,部分偏振光,反射光：入射面的成份多于成份；,（随 i 变化）,部分偏振光,反射光和折射光的偏振：部分偏振光 反射光：入射面的,三、布儒斯特定律(课本 p.513),反射光的偏振化程度与入射角有关，当入射角等于某一特定值 i0 时，,反射光成为完全偏振光。,三、布儒斯特定律(课本 p.513)入,称 起偏振角 或 布儒斯特角。,布儒斯特定律 自然光从折射率为 n1 的介质射向折射,率为 n2 的介质的界面，当入射角 i 满足,成为振动方向入射面的完全偏振光。,2.说明：,自然光以 i0 入射时，折射光仍为部分偏振光；,（其光振动仍为入射面的成份多于入射面的成份，其强度比反射
8、光更强。）,(13-69)时，,反射光,称 起偏振角 或 布儒斯特角。布儒斯特定律 自然光从折,入射角为 i0 时，反射光折射光；反之，当反射光折射光,时，入射角一定是 i0，反射光一定是完全偏振光。,光从真空(或空气)入射到折射率为 n 的透明介质界面上时，,起偏角 i0 满足：,例：玻璃 n=1.50，,入射角为 i0 时，反射光折射光；反之，当反射光折射,利用玻璃片堆 产生线偏振光,布儒斯特定律的应用：,1.反射起偏和检偏,2.透射起偏,利用玻璃片堆 布儒斯特定律的应用：1.反射起,四 光的双折射(课本 p 513),1、双折射现象,对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可观察到有,寻常光
9、(简称 o光),非常光(简称 e光),o 光和 e 光 都是线偏振光。,1）.寻常光和非常光,遵守折射定律,不遵守折射定律,两束折射光的现象。,四 光的双折射(课本 p 513)1、双折射现象 对于,2）.o 光和 e 光的特点：,o光和 e 光都是线偏振光；,在各向异性的晶体内，o光沿各方向的传播速度相等，e 光沿各方向的传播速度不同。,结论：,o光在入射面内，,e 光一般不在入射面内，,i=0 时，r 可不为 0。,i=0 时，r=0。,常量，,常量，,2）.o 光和 e 光的特点：,光,光,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光光当方解石晶体旋转时
10、，o光不动，e光围绕o光旋转双纸面,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,光光双纸面 方解石 当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,光光双纸面 方解石 当方解石晶体旋转时，o光不动，e光,光,光,双折射,纸面,方解石 晶体,当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转,光光双纸面 方解石 当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o,2、光轴 主平面,1）.光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，,该方向称为晶体的光轴。,例：方解石（CaCO3）,2）.光
11、轴的特点：,光轴是一特殊的“方向”，不是一条直线，凡平行于此 方向的直线均为光轴。,沿光轴方向 v e=v o。,2、光轴 主平面AB光轴1021）.光轴 当光在晶,3）.单轴晶体和双轴晶体,单轴晶体 只有一个光轴方向的晶体,双轴晶体 有两个光轴方向的晶体,例：方解石，石英，冰,例：云母，硫磺，蓝宝石,4）.主截面 光轴与晶面法线构成的平面,3）.单轴晶体和双轴晶体 单轴晶体,o 光的振动面于 o 光的主平面，,e 光的振动面于 e 光的主平面；,当光轴方向入射面时，o 光主平面与e 光主平面重合。,5）.主平面 晶体中的光线与光轴构成的平面,o 光的振动面于 o 光的主平面，e,o 光的子波
12、波面是球面；,3、单轴晶体中 o 光和 e 光的子波波面,1）.o 光和 e 光在晶体内形成的子波波面,e 光的子波波面是椭球面。,由于沿光轴方向 e 光和 o 光的速率相等，所以两种波面在光轴方向相切。,o 光的子波波面是球面；3、单轴晶体中 o 光和 e 光的子,e 光与 o 光的速率在光轴的方向上相差最大。,2）.正晶体和负晶体,正晶体：,负晶体：,例：石 英,例：方解石,椭球面在球面内,椭球面在球面外,e 光与 o 光的速率在光轴的方向上相差最大。子波源 v,以负晶体方解石为例,光轴晶体表面，自然光入射：,光轴晶体表面且入射面，自然光斜入射：,3）.惠更斯原理对双折射现象的解释,以负晶
13、体方解石为例 光轴晶体表面，光轴晶体表面且,光轴与晶体表面斜交，自然光入射：,此时e 光波面不与波线垂直,且 i=0，r o=0，re 0,光轴与晶体表面斜交，自然光入射：此时e 光波面不与波线,尼科耳棱镜 既可作起偏器，又可作检偏器。,4、尼科耳棱镜,加拿大树胶 n=1.55,对e光：nen，加拿大树胶为光疏介质，不能通过。,尼科耳棱镜 既可作起偏器，又可作检偏器。4、尼科耳棱镜C,5、四分之一波片和二分之一波片,1）.波片 厚度均匀且光轴表面的晶体薄片,2）.波片的特点,光轴波片表面；,厚度 d 满足一定的关系。,主截面波片表面；,一般用 CaCO3 制成,光轴,5、四分之一波片和二分之一
14、波片 1）.波片,振动方向与光轴方向的夹角为 的线偏振光进入波片时，,分解为相位相同的 O 光、e 光，二者传播方相相同但传播速度,不同，传播距离 d，从波片出射时产生了光程差和相位差。,e光,O光,主平面,O光 e光振动方向与光轴方向的夹角为 的线偏振光进入波,3）.线偏振光透过波片时o、e 光的光程差和相位差：,光程差：,相位差：,4）.四分之一波片,满足 的波片,3）.线偏振光透过波片时o、e 光的光程差和相位差：,(1)偏振光通过/4 波片射出的偏振态由入射偏振光的振动方向 与波片光轴的夹角 确定。当=0 或 90 时，出射光为 线偏振光；当=45 时，出射光为圆偏振光；为其他值 时，
15、出射光为椭圆偏振光。,/4 波片的特点：,(3)/4 波片的最小厚度满足：,(2)椭圆或圆偏振光经/4 波片后，可变为线偏振光。,(1)偏振光通过/4 波片射出的偏振态由入射偏振光,5）.二分之一波片,满足 的波片。,/2 波片的特点：,(1)一束线偏振光通过/2 波片后，,转过 2 角。,出射光仍为线偏振光，振动方向,5）.二分之一波片 满足,6）.说明：,/4 波片和/2 波片是对给定波长的光而言；,自然光经过波片出射后仍为自然光；,入射线偏振光振动方向平行或垂直波片光轴（即,）出射光仍为原振动方向的线偏振光。,（自然光进入波片时分成的 o、e 光无固定的相位差）,(2)/2 波片的最小厚
16、度满足：,6）.说明：/4 波片和/2,7）.波片的应用,/4 波片可改变偏振光的偏振性质，使线偏振光变为圆,或椭圆偏振光等，亦可鉴别自然光、圆或椭圆偏振光；,/2 波片不改变偏振光性质，改变其振动方向；,用于偏振光的干涉等。,例：,7）.波片的应用/4 波片可改变偏振,波 动 光 学 习 题 课,一、基本概念和规律,1.杨氏双缝干涉,明纹,暗纹,相邻条纹间距：,2.薄膜干涉,波 动 光 学 习 题 课 一、基本概念和规律,3.入射光垂直照射空气中的介质薄膜(）,4.辟尖干涉,相邻明(或暗)纹对应的膜厚之差,相邻条纹间距,(空气劈尖：各式中),3.入射光垂直照射空气中的介质薄膜(,5.牛顿环半径,6.迈克尔逊干涉仪,7.单缝衍射,中央明纹宽度,各级暗纹到屏中央的距离,5.牛顿环半径 明环 暗环 6.迈克,9.光栅衍射,垂直入射：,斜 入 射:,缺 级：,10.X射线衍射的布喇格公式,11.马吕斯定律,12.布儒斯特定律,8.光学仪器分辨率 e 和最小分辨角,13.双折射、o光、e光、光轴,14.波片,/2 波片,/4 波片,作用：,可改变偏振光的偏振性质，使线偏振光变为圆或椭圆,偏振光等，亦可鉴别自然光、圆或椭圆偏振光。,二、课堂例题,13.双折射、o光、e光、光轴 1,
