7-1
• 2、由二向色性产生线偏光
• 二向色性—对不同振动方向的偏振光 吸收系数不同
• 具有二向色性的材料：电气石、人造 H偏振片、K偏振片
• 二向色性的机制：材料中的电子在特 定方向上运动自由度大于其它方向， 当入射光沿此特定方向振动时，带动 电子运动，光能被选择性吸收
• 波长变化，二向色性也变化
expi(k
r
t
)
H H0
• 光轴：晶体中的一个方向，光沿此方向 传播，没有双折射发生。
• 单轴晶体、双轴晶体 • o主平面：光轴+o光线；e主平面：光轴
+e光线
o光的 主平面
· · · ·
e光的 主平面
o光
e光
光轴
光轴
主平面
7-2
• 主截面：光轴+晶体表面法线
• 光线在主截面内入射时，o主平面和e主平面 重合
• o光和e光都是线偏光，o光的电矢量垂直 于o主平面，e光的电矢量平行于e主平面
自然光
....
P1
P2
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
P1
P2
线偏振光
.
起偏器
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
P2
自然光
....
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
P2
自然光
....
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
P2
自然光
....
• 若x yz ，晶体是双轴 的
• 若x =yz ，晶体是单轴 的
z x
D y
E
7-3
单色平面波在晶体中的传播
• 非磁性、电各向异性晶体中麦克斯韦方程组：
D 0
E
HE
0
0 H
t
H D t
D [ ]E
7-3
光波与光线
由于E、D方向不同，晶体中的平面波可 以写成
E E0
D
D0
• 当入射光在主截面内时，o光垂直于e光
7-3 双折射的电磁理论
晶体的各向异性和介电张量
• 晶体的各向异性
– 晶体对不同方向偏振
的光表现出不同的响
应
O-2
• 晶体结构各向异性 极化各向异性对光 响应的各向异性
Ca++
O-1 C+ O-3
• 右图：方解石的分子 结构CaCO3
7-3
• 晶体的介电张量[]={ij}，i,j=x,y,z
1）反射光的偏振度； 2）透射光的偏振度。
7-2 晶体的双折射
晶体分类
• 高级晶族（各向同性） 立方晶系
• 中级晶族（单轴晶体） 三方晶系 四方晶系 六方晶系
• 低级晶族（双轴晶体） 单斜晶系 三斜晶系 斜方晶系
7-2
几个术语的定义
• 双折射的两束折射光中，一束遵循折射 定律，称寻常光，记为o光。另一束不遵 循折射定律，称非寻常光，记为e光
特别注意：布儒斯特角入射时，平行分量的 反射系数为零
实例：
• （1）激光器布儒斯特窗 • （2）玻璃片堆 • （3）偏振分光镜
7-1
• 偏振分光镜—基于玻璃片堆原理
• 自然光以布儒斯特角度入射，两个相 互垂直的线偏光出射
• 高折射率（硫化锌）和低折射率（冰 晶石）交替镀膜而成
• 入射光含有多种波长时，要考虑色散 问题，因为不同波长折射率不同。有 的折射率下，入射角可能偏离布儒斯 特角tanB=n2/n1
1、自然光
7-1 偏振光
(a)自然光
(b)自然光的分解
.......
2、线偏振光
7-1
传播方向
E
振动面
面对光的传播方向
3、部分偏振光
7-1
4、椭圆偏振光和圆偏振光
E
y
0
传播方向
y
x
x
z
/2
7-1
从自然光获得偏振光的方法
• 1、由折反射产生线偏光
依据：垂直分量和平行分量在界面上的透射、 反射系数不同。
第七章 光的偏振与晶体光学基础
• 7.1偏振光和自然光 • 7.2晶体的双折射 • 7.3双折射的电磁理论 • 7.4晶体光学性质的图形表示 • 7.5光波在晶体表面的反射与折射 • 7.6晶体光学器件 • 7.7偏振光和偏振器件的矩阵表示 • 7.8偏振光的干涉 • 7.9旋光性 • 7.10晶体、液体和液晶的电光效应 • 7.11光测弹性效应和玻璃内应力测定 • 7.12晶体的非线性光学效应
– 一般地， ij0
• D=[]E，D=(Dx,Dy,Dz)-1， E=(Ex,Ey,Ez)-1 • 经过坐标变换，总可以对角化矩阵[]:
Dx x 0 0 Ex
Dy
0
y
0
E
y
Dz 0 0 z Ez
7-3
• 变换以后的新坐标x,y,z互 相垂直，并称为晶体的主 轴方向，x, y, z称为晶 体的主介电常数。显然E、 D一般不同向
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
P1
P2
. 线线偏偏振振光光
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
P1
P2
. 线线偏偏振振光光
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光
....
P1
P2
. 线线偏偏振振光光
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
E0cos
E0
入射光 起偏器
探测器
检偏器
7-1
• 实际偏振片不是理想的 • 最大透射光强IM，最小透射光强Im，则消
光比r=Im/IM • 衡量偏振器件质量的方法：同种器件取
两个，一个做起偏器，一个做检偏器， 计算其消光比r
7-1
例题：一束自然光以57度入射到空气－玻璃 界面，玻璃折射率n＝1.54，求：
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
....
P2 .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
....
P2 .
检偏器
腰 横别扁担 进不了城门
偏振片的应用
（A）
玻璃门表面的 反光很强
（B）
用偏光镜减弱 了反射偏振光
（C）
用偏光镜消除了 反射偏振光
•消 光 比 测 定 装 置
7-1
二向色性 偏振片
偏
偏振片
振
化
方
自然光
向
线偏振光
7-1
马吕斯定律
• 产生偏振光的器件—起偏器 • 检查偏振光的器件—检偏器
• 如果偏振片是理想的（产生完全线偏 光），则入射光经起偏器、检偏器后的 光强I=I0cos2 —马吕斯定律
• 其中 为起偏和检偏器透光轴的夹角， I0=E02为=0时的透射光强
i0 n1
n2
i0 900
r
Brewster angle
用玻璃片堆获得偏振光
. . 自然光入射 .. . .. . . .. . . .. . . . . . .
. .
线偏振光
. . . .i0
玻璃片堆 俯视图
·· i0
i0 ··
i0
· · · · ··
i0
激光输出
M1
布儒斯特窗
M2
外腔式激光器的布儒斯特窗