光的偏振和晶体的双折射.doc

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1、第五章光的偏振和晶体的双折射§5.1光的偏振态偏振：振动方向相对于传播方向的不对称性。一．光是横波1、光是电磁波——横波2、用二向色性晶体（电气石晶体、硫酸碘奎宁晶体）检验——横波。最初的器件是用细导线做成的密排线栅（金质线栅，d=5.08×10-4mm），光通过时，由于与导线同方向的电场被吸收，留下与其垂直的振动。1928年，Harvaed大学的Land（19岁）发明了人造偏振片，用聚乙烯醇膜浸碘制得。到1938年，出现了H型偏振片，原理相同。3、名词起偏：使光变为具有偏振特性。检偏：检验光的偏振特性。透振方向：通过偏振仪器光的电矢量的振动方向。二．光的偏振态偏振：振动方

2、向相对于传播方向的不对称性。对可见光，只考虑其电矢量。1．自然光振动方向随机，相对于波矢对称。光的叠加是按强度相加。可沿任意方向正交分解，在任一方向的强度为总强度之半。自然光是大量原子同时发出的光波的集合。其中的每一列是由一个原子发出的，有一个偏振方向和相位，但光波之间是没有任何关系的。所以，他们的集合，就是在各个方向振动相等、相位差随机的自然光。在直角坐标系中，一列沿z向传播、振动方向与X轴夹角为θ的光，在X方向的振幅为，由于各个光波在X方向的总强度是光强相加，故有同理而总光强，故2．平面偏振光（线偏振光）只包含单一振动方向的电矢量。在任一方向的光强，马吕斯定律。用偏振片

3、可以获得平面偏振光。偏振仪器（起偏器）的消光比=最小透射光强/最大透射光强3．部分偏振光介于自然光和线偏光之间。偏振度=（IMAX-IMIN）/（IMAX+IMIN）4．圆偏振光电矢量端点轨迹的投影为圆。其电矢量不是沿某一方向作周期性振动，而是做匀速旋转。但其电矢量的投影则是简谐振动。每一时刻的电矢量可以分解为振幅相等、相位差为π/2、相互垂直的振动。，迎着光的传播方向观察。用偏振片检验，圆偏光与自然光相同。5．椭圆偏振光电矢量端点轨迹的投影为椭圆。每一时刻的电矢量可分解为椭圆长轴或短轴与坐标轴的夹角可以容易得到电矢量的旋转方向，即左旋右旋椭圆的取向与两分量间相位差的关系，

4、由于总是在同一点z处观察光的偏振分量，所以可以使z=0。于是有，，，，上述公式中的电场分量就是直角坐标系中的坐标值。将坐标系旋转α角，得到新的坐标系x’Oy’，有，代入上面的方程式，有要使在新坐标系中得到正椭圆，即长轴、短轴沿坐标轴方向，只需要使得上式中的系数为零即可。故有由于，，所以有，即，由于椭圆的对称性，的值在间即可。新坐标系中，椭圆方程为αxyx’y’椭圆的半轴分别为由于，上述两半轴可以化为如果，当处于Ⅰ，Ⅳ象限，，则，旋转后的图像如下图。αxyx’y’而当处于Ⅱ，Ⅲ象限时，，则，旋转后的图像如下图。xyy’x’α如果，当处于Ⅰ，Ⅳ象限，，则，旋转后的图像如下图。x

5、yx’y’α而当处于Ⅱ，Ⅲ象限时，，则，旋转后的图像如下图。xyy’αx’所以，由椭圆的位形，即椭圆长轴的取向，可以判断的取值范围。长轴在Ⅰ，Ⅲ象限时，处于Ⅰ，Ⅳ象限；长轴在Ⅱ，Ⅳ象限时，处于Ⅱ，Ⅲ象限。结合电矢量的旋向，可以得到如下结果三．获得平面偏振光的方法由自然光得到平面偏振光。1．利用偏振片2．由反射和折射产生由菲涅耳公式反射光折射光，当垂直入射时，时，，反射光和折射光的偏振特性不变，仍是自然光。在上述公式中，要想获得平面偏振光，必须要有反射或折射的某一个分量为0。当时，反射光中只有S分量，为线偏光。此时，记，：布儒斯特角，。透射光为部分偏振光，其中S分量较弱。，经

6、过一对平行面的透射光P分量，第一次，上表面透射，，第二次，下表面透射，即P分量全透射。S分量，如果通过n对平行的表面，。但。即透射光中只有P分量。是平面偏振光，振动方向与入射面平行。由此可用玻璃堆得到平面偏振的透射光。激光腔：两块光学玻璃，与入射光成Brewster角，谐振腔中的激光多次投射，出射光为线偏振光。布氏窗照相机：偏振镜。§5.2双折射一．双折射现象一束入射到介质中的光经折射后变为两束光，称为双折射。研究发现，折射后的两束光都是线偏光，一束遵循折射定律，称为寻常光（o光），另一束不遵循折射定律，称为非常光（e光）。二．双折射晶体双折射是指能够产生双折射的晶体。都是

7、具有各向异性结构的。方解石晶体，亦称冰洲石晶体，即CaCO3，碳酸钙的六角晶系，就是一种典型的双折射晶体。石英（水晶）、红宝石、冰等也是双折射晶体。云母、蓝宝石、橄榄石、硫磺等是另一类双折射晶体。1．晶体的光轴：光沿此方向入射时无双折射。按光轴可以将具有双折射特性的晶体分为单轴晶体（方解石晶体、石英、红宝石、冰等）、双轴晶体（云母、蓝宝石、橄榄石、硫磺等），等等。2．主截面：晶体（入射）界面的法线与晶体光轴形成的平面。是与晶体相关的，与光线无关。3．主平面：晶体中的光线与光轴所形成的平面。其中的o光形成o光主平面，