a2 exp[ i (kz )] y0
0 右旋椭圆光 2 左旋椭圆光
3、部分偏振光：自然光在传播过程中，由于外界的作用 造成振动方向上强度不等，使某一方向上 的振动比其它方向上的振动占优势。 表示：部分偏振光=完全偏振光+ 自然光 完全偏振光 Ip=Imax-Imin 偏振度：
第十五章 光的偏振和晶体光学基础
主要内容： • 偏振光的概念 • 单轴晶体 • 偏振光的干涉 • 偏振器件 重点内容： • 偏振光的概念 • 单轴晶体 • 偏振器件 难点内容： • 单轴晶体 • 偏振光的干涉
§15－1 偏振光概述
一、偏振光与自然光
E 0
偏振面
电矢量 振动面 v
H
电矢量与光的传播方向所构成的平面称为 偏振光的振动面。
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 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 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 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 线偏振光
纸面
双 折 射
光 光
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
纸面
双 折 射
光 光
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
纸面
双 折 射
光 光
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
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
布儒斯特定律： 当入射角为某一特定角度时，或反射线 和折射线互相垂直时， （1）反射光为电矢量垂 入射光 直于入射面的完全偏振 i n1 光。这时的入射角叫做 布儒斯特角 io，也叫起偏 n 2 振角。 （2）折射光为平行振动 较强的部分偏振光。 反射光
0
i
r
0
90
0
折射光
设布儒斯特角为 io，折射角为 r。 由图中可以看出： 入射光 反射光 io + r =π/ 2 i i 由折射定律可知： n1 0 n1sin io = n2 sin r 90 n2 tg io = n2 / n1 = n21 r 上式叫做布儒斯特定律。 折射光
ZnS(n2) n3
冰晶石 (n1)
偏振分光镜
2、由二向色性产生线偏振光 介质（晶体）对 o 光和 e 光的不同吸收 的现象称为介质（晶体）的二向色性。 电气石是一种矿石晶体，它对 o 光有强 烈吸收作用，而对 e 光则吸收得很少。于是， 当以自然光射在电气石晶体片上时，在晶体 内所生的 o 光在很短的路程上 就会全部被 吸收，因而通过的光是与晶体内 e 光相应的 线偏振光。 除电气石外，已知还有一些有机化合物 晶体，如碘化硫酸奎宁亦有二向色性。
A
Ez
y x
~ ~ E＝E x a1 exp(ikz) x0
2) 圆偏振光 z
a1 a2 ~ E＝a1 exp( ikz) x0
a2 exp[ i (kz )] y0
左旋， 右旋。 2 2
3) 椭圆偏振光
z
a1 a2 ~ E＝a1 exp( ikz) x0
当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
(2) 一些重要概念 光轴：在各向异性晶体 或介质内存在一个特殊 方向，光线沿着这个方 向的传播不产生双折射 现象，这个特殊固定的 方向叫做晶体的光轴。
102
102
0
0
光轴
102
0 0
78
0
78 78
0
注意：光轴是晶体内的一个特殊方向，不是 某一条直线。 单轴晶体：只有一个光轴（方解石、石英等） 双轴晶体：有两个光轴（云母、晶体硫黄等）
自然光 线偏振光
. . . .
.
检偏器
起偏器
两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.
. . . .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.
. . . .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.
. . . .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
I P I max I min P I 总 I max I min
自然光
部分偏振光
二、产生线偏振光的方法 1、反射和折射产生偏振光
实验发现： 入射光 反射光 以任意角度入射时， （1）反射光为垂直振 i 动较强的部分偏振光； n1 （2）折射光为平行振 n2 动较强的部分偏振光。 r 折射光
0 0
[例] 玻璃对空气的折射率为： n21 = -1.50 tg i o = 1.50 i o = 56o
利用玻璃堆获得偏振光
自然光 入射 . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .
.
. .
线偏振光
45
。 制作 原理 n3 膜层厚度 层数
C
i
A
E. 光轴 D
平面波倾斜入射方解石晶体
C
i
A
E. . .. . o D .. .. . o
光轴
平面波倾斜入射方解石晶体
C
i
A
E. . .. . o D .. .. . o
光轴
平面波倾斜入射方解石晶体
C
i
A
E. . .. F . o D .. .. . o
光轴
平面波倾斜入射方解石晶体
C
i
当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
纸面
双 折 射
光 光
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
. . . .
.
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 线偏振光
. . . .
.
检偏器
起偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
. . . .
.
检偏器
起偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
. . . .
.
检偏器
起偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
马吕斯定律
2. 此定律只适用于没有光吸收的理想 偏振片。
验证马吕思定律的实验装置：

P2 Ecos 起偏器 P1
自然光
检偏器
光电接收器
偏振器的消光比：最小透射光强和最大透射光强之比。
§15－2 光在晶体中的传播 一、双折射现象 由一光束在各向同性介质(如玻璃)的表面上 所产生的折射光只有一束，这已成为一般常识。 对于光学性质随方向而异的一些晶体(方解石， 石英)，一束入射光常有分解为两束折射光的现象， 这种现象称为双折射。 其中：寻常光 ( o 光 ) — 服从折射定律 非常光 ( e 光 ) — 不服从折射定律 不一定在入射面内，sin i / sin r 不是恒量。
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
当方解石晶体旋转时， o 光不动，e 光围绕 o 光旋转
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
vo ve *
负晶体 vo < ve no > n e
光轴
ve * vo
e 波阵面
光轴
vo ve *
o 波阵面 光轴
e 波阵面 ve * v o
o 波阵面
光轴
vo *
ve
双光轴
e 波阵面
光轴
o 波阵面
光轴
平面波倾斜入射方解石晶体
C
i
A
D
光轴
平面波倾斜入射方解石晶体
C
i
A
E. 光轴 D
平面波倾斜入射方解石晶体
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
2、马吕斯定律
自然光 线偏振光
. .
起偏器
I0
I A
A0 a A
A0
检偏器
a
检偏器前偏振光振动方向与检偏器 偏振化方向之间的夹角 2 2 2 I A A 0 cos a A = A 0cos a = 2 = 2 I 0 A0 A0 I = I 0 cos 2 a