光的偏振的应用
机械感应---光弹效应(Photoelasticity)
各向同性、异性材料在外力作用下产生各向异性的变化
例如：玻璃或塑料 通常情况下，拉伸 压缩 干涉色的分布 工程应用 应力分析 ------ 光弹力学 拉伸或压缩 各向异性
成为正单轴材料； 成为负单轴材料； 受力分布
寻常光(ordinary light，简称o光) ---- 遵从折射定律的光束；
非常光(extraordinary light，简称e光) --- 不遵从折射定律的光束;
正 入 射 时
晶体的光轴 --------- 晶体中的一个方向，沿该方向 传播时，o光和e光不分开，传播速度相等。
光轴不是晶体中的一条直线，而是一个方向，因
完全偏振光
2. 圆偏振光
振动方向随时间旋转，振动大小不变。
振动矢量端点的运动轨迹为圆
完全偏振光
2. 椭圆偏振光
振动方向随时间旋转，振动大小改变 振动矢量端点的运动轨迹为椭圆
完全非偏振光
振动方向随机 X-Y平面内，各个方向上的振动 机会均等
主要内容
光的偏振概念
偏振光的产生及强度
光的偏振
自然光
主要内容
光的偏振概念
偏振光的产生及强度
光的偏振
双折射与位相延迟器 光波偏振状态的确定 光的偏振的应用
光的偏振的应用
液晶显示器件
光的偏振的应用
由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性， 所以具有以下光学特性：
1）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转； 2）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变 化； 3）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过 或反射。
双折射与位相延迟器 光波偏振状态的确定 光的偏振的应用
偏振光的产生及强度
自然光通过一个光学元件，成为偏振光 产生线偏振光——线偏振器； 产生椭圆偏振光——椭圆偏振器。 偏振器
偏振光的产生及强度
从自然光（非偏振光）产生偏振光的途径： 反射和折射； 二向色性（选择性吸收）； 散射； 晶体的双折射。
也可以分析光波的偏振状态
待测光波垂直入射 转动偏振片
光 强 有 为 零 的 极 小 值 （ 消 光 ）
线偏振光
在偏振片偏振片 前放1个1/4波片。转动 光 强 不 变 有 消 光 现 象 圆偏振光
在偏振片前放1个1/4波片， 波片快轴沿光强极大或极 小方向。转动偏振片
无 消 光 现 象
部分偏振光
有 消 光 现 象 椭圆偏振光
偏振光的产生及强度
Malus 定律 如图所示，线偏振器只让某个振动方向的光 通过，该方向定义为线偏振器的透射轴。
一个光强为I
自
的自然光经过偏振器后，光强 = ？
偏振光的产生及强度
一个线偏振光通过另一个偏振片后的光强遵从Malus定律
起偏器 (Polarizer）
I I 0 cos 2
液晶器件基本就是根据这三种光学特设计 制造的。
光的偏振的应用
液晶材料在施加电场（电流）时，其光学 性质会发生变化，这种效应称为液晶的电 光效应。 液晶的电光效应在液晶显示器的设计中被 广泛采用。目前发现的电光效应种类很多， 产生电光效应的机理也较为复杂，但就其 本质来讲都是液晶分子在电场作用下改变 其分子排列或造成分子变形的结果。
横波有偏振现象
纵波无偏振现象
波的振动形式
电 磁 波 的 振 动 方 式
波的振动形式
Maxwell电磁波理论和实 验表明，光波是横波
横波——振动方向垂直于 传播方向，有偏振性
光有偏振的现象
完全偏振光
完全偏振光：在任一时刻，光振动有确定的方向完 全偏振光的偏振类型 1. 直线偏振光（平面偏振光） 振动在垂直于传播方向的一个平面内 振动方向不变，振动大小改变 振动矢量端点的运动轨迹为直线。
透射轴 入射到偏振器2的线偏振光为 I0 时, 其透射光的强度： -------- Malus 定律
偏振光的产生及强度
分界面的光场遵从电磁场的边界条件 任一光振动可分解成两个垂直分振动,因此入射 光、折射光、反射光都可作振动分解。
n1 n2
定义两垂直分振动:S振动和P振动 S振动 --- 垂直于纸面（入射面） 向外 P振动的方向： 入射光
一个垂直于入射面 另一个在入射面内
反射光
ˆ s k ˆ ˆ p
折射光
图示：光振动分解
反射光中S振动的成份多于P振动 自然光入射时，反射光和透射光成为部分偏振光
i1 i2

2
时
Rp 0
反射光中只有S振动---线偏振光（完全偏振光）
偏振光的产生及强度
主要内容
光的偏振概念
偏振光的产生及强度
光的偏振的应用
生物的生理机能与偏振光
人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很
敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小 眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判
断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。
再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁， 它能利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。
此在晶体中任何一点都可以找到一个光轴。 通常的晶体为单轴(uniaxial) 或 双轴(biaxial)晶体。
常见的天然单轴晶体有冰、方解石(calcite)和石英 (quartz)等, 双轴晶体有云母、蓝宝石、黄玉等
双折射ห้องสมุดไป่ตู้位相延迟器
主截面(Principal section)和主平面(Principal plane): 主截面----晶体分界面的法线和光轴构成的平面； 主平面----晶体里的折射光线和光轴构成的平面。 天然方解石三个表面对应的主截面:
ABCD面
AEHD面
CDHG面
实验发现： o光的振动方向 o光的主平面 e光的振动方向 || e光的主平面 通常o光的主平面和e光的主平面可近似认为重合， 因此 o 光的振动方向垂直于 e 光的振动方向.
o光和e光是振动方向垂直的线偏振光
位相延迟器
位相延迟器（或称波片） 1.定义：由单轴晶体切割成的光轴平行于表面且能使o 光和e光沿同一方向传播并产生一定相位差的薄片。
光的偏振及其应用
制作者：物理电子工程学院 席 健 2007265034
主要内容
光的偏振概念
偏振光的产生及强度
光的偏振
双折射与位相延迟器 光波偏振状态的确定 光的偏振的应用
光的偏振概念
1 2 3
波的振动形式
完全偏振光 完全非偏振光（自然光）
波的振动形式
绳波
声波
按振动行为划分有横波和纵波两种方式
波的振动形式
我们已经了解到： 1．通过偏振片可从自然光和部分偏振光产生线偏振 光，并可以确定一个光波是否是线偏振光；
1 2．通过 波片可将圆或椭圆偏振光转变为线偏振光， 4
或将线偏转换为椭偏或圆偏。
主要内容
光的偏振概念
偏振光的产生及强度
光的偏振
双折射与位相延迟器 光波偏振状态的确定 光的偏振的应用
1 偏振片和 4 波片结合起来可以产生所需的偏振光，
.
2.原理：当一束振幅为A0的平行光垂直入射到波片上 时，在入射点分解成的o光和e光的相位是相等的。但 光一进入晶体，由于o光和e光的传播速度不同，其波 长也不相同，所以就逐渐形成相位不同的两束光。
光的偏振状态的确定
按偏振度划分，光波可分为： 1．自然光（非偏振光）； 2．部分偏振光； 3．完全偏振光（线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光）
光的偏振
双折射与位相延迟器 光波偏振状态的确定 光的偏振的应用
双折射与位相延迟器
晶体中的双折射现象
当光入射到各向同性介质（如水、 玻璃等）的分界面上时遵从折射 定律；
当光入射到各向异性介质（如冰、 方解石、石英等 晶体）的分界面上时，除了正常的折射光束，还有 一束折射光束不遵从折射定律; 实验表明，两束双折射光分别是线偏振光