光的偏振性及应用

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1、第六章光的偏振性及应用除了波动性，光波还具有偏振性只有指明光矢量的方向，才可能完全描述光波许多物质对偏振态不同的光波响应差别很大，而不少光学系统就是以这种差别做为工作基础琼斯矢量琼斯矢量两元素列向量描述偏振光设单色光场为该单色光场的琼斯矢量为常见偏振态的琼斯矢量偏振态琼斯矢量线偏振光光矢量沿x轴光矢量沿y轴光矢量与x轴成45角光矢量与x轴成角圆偏振光右旋左旋互相垂直的偏振态若两偏振光E1、E2满足关系则称E1、E2互相垂直。例1x、y方向的线偏振光(1,0)T和(0,1)T例2左、右旋椭圆偏振光(2,j)T和(1,-2j)T利用琼斯矢量对偏振光做代数运算例如，已知两个

2、线偏振光的琼斯矢量分别为它们的叠加是一个左旋圆偏振光琼斯矩阵偏振光(Ex,Ey)T通过偏振器件后的偏振态为(E’x,E’y)T，两者之间的关系为式中，22矩阵J描述器件对偏振光的作用，称为偏振器件的传输矩阵或琼斯矩阵，矩阵J中的四个元素由偏振器件的特性决定产生偏振光的方法二向色性金属丝光栅折反射布儒斯特角全反射晶体二向色性产生偏振光二向色性某些物质具有吸收光波的偏振选择性，即对光的吸收随光矢量的方向而变二向色性一般与波长有关自然界中，典型的二向色性物质是电气石(tourmaline)和碘硫酸金鸡钠(herapathite)人造二向色性偏振片中，用无机碘制成的偏振片称H片，用

3、有机燃料（如刚果红）制成的偏振片称L片人造偏振片的面积可以做的很大，厚度很小，通光角度范围几乎是180，而且造价低廉金属丝光栅产生偏振光自然光入射平行导线栅时，与导线方向平行的光矢量分量与导线相作用，能量被吸收，而垂直方向的分量则顺利透过制作方法真空蒸发金属材料光刻（b）折、反射产生偏振光入射角等于布儒斯特角时，反射光是只有s分量的完全线偏振光，但光强较小；透射光虽然光强很大，但是同时含有p分量和s分量的部分偏振光。解决办法：玻璃片堆n345……（a）n3n2n1h2h1布儒斯特角的利用当玻璃片的上表面入射角是布儒斯特角时，下表面入射角也是布儒斯特角，这样，光在每次折、反射

4、中，都把一部分s分量转变成反射光，只要玻璃片足够多，就能使透射光中的s分量小到可以忽略，反射光也得到增强前图(b)是偏振分光镜偏振分光镜的主要参数按折射定律和布儒斯特角条件相邻膜层反射的s分量要相长干涉单层膜光程差D=m从光疏到光密的和从光密到光疏的rs符号相反由此得到h1和h2由全反射产生圆偏振光菲涅尔菱体玻璃折射率n＝1.51，当入射角1=5437或4837时，s波和p波之间位相差＝45连续两次全反射，＝90。线偏振输入光变成圆偏振输出光线偏光圆偏光1起偏器和检偏器偏振片的质量通常由偏振片自身来检测产生偏振光的偏振片称为起偏器(P1)检验偏振光的偏振

5、片称为检偏器(P2)P1P2光电探测器自然光马吕斯（Malus）定律当P1相对P2转动时，光电探测器接受的光强I随P1和P2透光轴的夹角而变化。设为＝0时的透射光强为I0，理想偏振片的I变化规律为实际偏振片在＝90时，P2透过的光强不为零。可用消光比来衡量偏振片的质量例6.1自然光以57角入射到空气-玻璃界面，玻璃折射率为1.54。求（1）反射光偏振度Pr和消光比r（2）透射光偏振度Pt和消光比t解例6.1_1（1）空气-玻璃界面的布儒斯特角为故自然光入射角是布儒斯特角，反射光中没有p分量，反射光偏振度Pr=1，消光比r=0（2）透射角为解例6.1_2s和

6、p分量透射光强分别为透射光偏振度Pt和消光比t分别为晶体光学本节分析光波在各向异性介质中的传播特性光学各向异性，指光波的传播性质随光矢量的方向而变化某些晶体具有典型的光学各向异性当一束单色光入射到空气和这类晶体的界面时，一般会产生两束折射光，两束折射光具有不同的光矢量方向和不同的折射率，这种现象称为双折射。双折射是光学各向异性的体现晶体的光学各向异性晶体的光学各向异性来源于晶体微观结构的不对称性晶体微观结构的周期性不对称结构在不同方向的光矢量作用下，生成不同的附加电偶极矩，极化强度也就随光矢量的方向而变化电磁场因此随光矢量的方向而变化各向同性和各向异性介质的各向同性介质中，

7、P、D与E同方向r=1+e是标量各向异性介质中，P与E方向不同，相对介电系数是二阶张量，D和E方向一般也不同相对主介电系数和主折射率ij＝ji，介电张量有六个独立分量，经坐标变换，总可以把张量写成对角矩阵形式x，y，z称为晶体的主轴方向，x，y，z称为晶体的相对主介电系数，相应的折射率称为主折射率张量关系的图示张量关系说明，主轴坐标中的D和E方向一般不同，但沿三个主轴方向，D和E方向相同DEExDxxyzEzDzDyEy晶体的种类随着晶体微观结构对称性的增加，介电张量的独立分量