《光學教程》姚啟鈞5

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1、第五章光的偏振PolarizationofLight5.1自然光與偏振光5.2??線偏振光與部分偏振光5.3??光通過單軸晶體時的雙折射現(xiàn)象5.4光在晶體中的波面5.5光在晶體中的傳播方向5.6偏振器件5.7橢圓偏振光和圓偏振光5.8偏振態(tài)的實驗檢驗5.9偏振光的干涉5.10光彈性效應和電光效應5.11線偏振光沿晶體光軸傳播時振動面的旋轉5.12偏振態(tài)的矩陣表述瓊斯矢量和瓊斯矩陣§5.1自然光與偏振光縱波：傳播方向與振動方向一致的波動。橫波：傳播方向與振動方向垂直的波動。光的干涉和衍射揭示了光的波動性。1809年，馬呂斯發(fā)現(xiàn)光的偏振現(xiàn)象，證明了光是橫波

2、。波動一、光的偏振性1、橫波和縱波的區(qū)別——偏振縱波：包含傳播方向的任何平面上，其振動均相同，沒有誰更特殊?！駝訉鞑シ较蚓哂袑ΨQ性橫波：包含傳播方向的平面中，又包含振動矢量的那個平面具有特殊性。——振動對傳播方向沒有對稱性振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性，稱為波的偏振?！嘀挥袡M波才具有偏振現(xiàn)象。偏振是區(qū)別橫波和縱波的標志。2、光的偏振性光矢量：在光與物質(zhì)的相互作用中，（如感光作用和生理效應）主要起作用是電矢量，故稱為光矢量。光是橫波：光是電磁波且，所以，光是橫波。振動面：光矢量與傳播方向構成的平面。定義：光矢量對傳播方向的不對稱性稱為光的偏振。光的

3、偏振性說明光波是橫波！在整個傳播過程中，若光矢量的振動只限于某一確定平面內(nèi)，則該光稱為平面偏振光。其光矢量在垂直于傳播方向的平面上的投影為一條方向不變的直線，故也稱為線偏振光。3、平面偏振光：線偏振光的表示：垂直于紙面的線偏光在紙面內(nèi)的線偏光二、自然光光矢量的振動以相等的幾率存在于空間一切方向上且其時間平均值相等的光波，稱為自然光?！嘧匀还獾墓庹駝訉鞑シ较蚴禽S對稱均勻分布的。...故：自然光可以用兩個強度相等、振動方向相互垂直的無固定位相關系（即獨立的或非相干的）平面偏振光來表示。自然光與偏振光的關系在給定時刻，任一光矢量均可分解為兩個相互垂直的分量

4、：所有光矢量在X，Y軸方向的振幅為：由于軸對稱性，有：設：自然光的強度為I0，則則令：自然光特點：在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等；自然光可分解為振動方向相互垂直但取向任意的兩個線偏振光，它們振幅相等，沒有確定的相位關系，各占總光強的一半。自然光的表示方法：圓點與短線等距離地交錯、均勻地畫出。??????5.2線偏振光與部分偏振光普通光源發(fā)出的是自然光，用于從自然光中獲得偏振光的器件稱為起偏器。自然光經(jīng)過起偏器后可以轉變成線偏振光。人的眼睛不能區(qū)分自然光與偏振光，用于鑒別光的偏振狀態(tài)的器件稱為檢偏器。一、線偏振光由于在傳播過程中振動矢量的方向始終

5、不變，線偏振光可分解為兩束相互垂直的、位相相同的線偏振光。取“+”取“-”1、線偏振光的數(shù)學表示：2、線偏振光的產(chǎn)生：由具有二向色性的晶體薄片產(chǎn)生二向色性：晶體對不同振動方向的電矢量具有選擇吸收的性質(zhì)。偏振片是一種人工膜片，對不同方向的光振動有選擇吸收的性能，從而使膜片中有一個特殊的方向，當一束自然光射到膜片上時，與此方向垂直的光振動分量完全被吸收，只讓平行于該方向的光振動分量通過，即只允許沿某一特定方向的光通過的光學器件，叫做偏振片。這個特定的方向叫做偏振片的偏振化方向(或透振方向)，用“”表示。偏振片既可作起偏器也可作檢偏器！???偏振片的應用立體

6、電影在觀看立體電影時，觀眾要戴上一副特制的眼鏡，這副眼鏡就是一對透振方向互相垂直的偏振片．這樣，從銀幕上看到的景象才有立體感．如果不戴這副眼鏡看，銀幕上的圖像就模糊不清了攝像攝影1、在攝影鏡頭前加上偏振鏡消除反光有反射光干擾的櫥窗在照相機鏡頭前加偏振片消除了反射光的干擾2、攝影時控制天空亮度，使藍天變暗沒有用偏振濾鏡的相片用了偏振濾鏡的相片3、馬呂斯定律：線偏振光通過檢偏器后透射光強強度變化的規(guī)律。(EtienneLouisMalus1775-1812)法國物理學家及軍事工程師。出生于巴黎。1808年發(fā)現(xiàn)反射光的偏振，確定了偏振光強度變化的規(guī)律；181

7、0年被選為巴黎科學院院士，曾獲得過倫敦皇家學會獎章。1811年，他發(fā)現(xiàn)折射光的偏振?！R呂斯定律（1809）——消光AII0?α為線偏光的光振動方向ON與檢偏器透振方向OM間的夾角??????一束光強為I0的自然光透過檢偏器，透射光強為I0/2解釋當檢偏器以入射光為軸轉動時，透射光強度將有變化。起偏器與檢偏器偏振化方向平行時：α=0或α=π，I=I0，透射光強度最大；起偏器與檢偏器偏振化方向垂直時：α=π/2或α=3π/2，I=0，透射光強度最??；α為其它角度時，透射光的強度介于0～I0之間。馬呂斯定律是對偏振光的無吸收而言的，對于自然光并不成立。若

8、是自然光I0，通過偏振片后，I＝I0/2，偏振片在這里實際上起著起偏器的作用。當兩個偏振片互相