第30讲 光的偏振

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1、光的偏振第十四章光波是横波。光波中光矢量的振动方向总是和光的传播方向垂直，光波的这一基本特性称为光的偏振。在垂直于光波传播方向的平面上，光矢量有不同的振动方向和振动状态，这些振动方向和振动状态称为光的偏振态。本章首先介绍光的各种偏振态及其特性，接着讨论获得线偏振光的方法，说明如何检验光的偏振态。还讨论了折射光和反射光的偏振态以及双折射中的偏振现象。最后简要介绍了偏振光的干涉及旋光效应。一、横波的偏振性偏振是光的波动性的第三个表现。光的偏振，说明光是横波。首先我们看看横波与纵波的不同点。振动面与狭缝平行的横波可顺畅通过，而纵波遇到狭缝没有方向选择效应。14.1光的偏振状态振动面与狭缝垂

2、直的横波受到极大阻碍，电磁波是横波，如何用实验证明呢？如果正入射电磁波的电场振动平面平行于线栅电场必驱动导线中的自由电子沿导线作强迫运动电磁波的能量被吸收而不能透射过去如果入射电磁波的电场振动平面垂直于线栅，其能量不被吸收，该电磁波必然透射过去。这个结论很容易用微波和普通金属导线做的线栅证实。想象做一个金属导线栅二、光的五种偏振态像太阳、白炽灯等普通光源所发出的光，是大量原子、分子或离子发光的总和，不同原子或者是同一原子在不同时刻所发出的波列振动方向是各不相同的，彼此互不关联，在垂直于光的传播方向的平面内随机分布。从大量原子发光的统计平均上看，光波中包含了所有方向的光振动，没有哪一个

3、方向的光振动比其它方向更占优势，因此沿各方向所有光矢量的振幅都相同，我们把具有这种特性的光称为自然光。显然普通光源所发出的光都是自然光。1.自然光为了研究问题方便，我们通常把自然光中的各个方向的光振动都分解为两个相互垂直的分振动。这样，就可以把自然光等价地看作是两个相互垂直的、振幅相等的、不相干的光振动的叠加，其中每一个独立光振动的光强都等与自然光光强的一半。表示自然光时，用圆点和短线分别代表垂直纸面和平行纸面的两个独立光振动。点和线均匀分布，数目相同，表示这两个分量在自然光中各占一半。由于普通光源发光的随机性，这两个相互垂直的光振动没有确定的相位关系，因此它们是不相干的。在垂直于传

4、播方向的平面内，如果光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光称为线偏振光，也称完全偏振光。线偏振光的光矢量方向和光的传播方向构成的平面叫做振动面。因为线偏振光沿传播方向各处的光矢量都在同一个振动面上，因此线偏振光也称为平面偏振光，简称偏振光。光矢量振动面2.线偏振光线偏振光的表示法：光振动平行板面光振动垂直板面波的振动方向相对传播方向的不对称性光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动状态。偏振光的偏振态3.部分偏振光部分偏振光的表示法：······平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强··部分偏振光是介于自然光和线偏振光之间的一种偏振光如果在垂直于光传播方向的平面内各方向都有光振动，但是

5、各方向的振幅大小不同，存在一个占优势的振动方向，我们把这种光称为部分偏振光。部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。除了以上光的三类基本偏振状态之外，还有一种完全偏振光叫做椭圆偏振光。这种光的光矢量沿着光的传播方向前进时，绕传播方向均匀的转动。4.椭圆和圆偏振光如果光矢量的大小保持不变，则光矢量的端点描绘出的是一个圆，我们称为圆偏振光。0yyxz传播方向/2x某时刻右旋圆偏振光E随z的变化E如果光矢量的大小也在不断变化，则光矢量的端点描绘出一个椭圆，因此我们称为椭圆偏振光。规定迎着光线看光矢量顺时针旋转─右旋光；光矢量逆时针旋转─左旋光；右旋圆偏振光左旋椭圆偏振光14.2起偏和

6、检偏自然光不是偏振的，那么我们如何获得偏振光呢？这完全类似于曾经遇到过的问题，自然光不是相干光，如何用人工方法获得相干光？有的同学可能立刻想到了前面刚刚提到的线栅实验一、二向色性起偏器原则上，可以利用线栅从自然光中筛选（或分离）出偏振光─将自然光中振动方向平行于线栅的成分全部吸收掉，剩余的、能穿透线栅的不就是完全偏振的吗？1.线栅比起微波（米波、分米波），可见光波的波长要小的多（零点几微米）！但这样的线栅竟然有人做出来了，其工艺令人赞叹叫绝。1960年，有报道说，做出了一个2160条/mm的金属线栅。发明者蒸发一束金（或银、铝），以掠入射角度射到一个塑料的复制光栅上，金属原子凝聚在光

7、栅的每一个台阶边缘，形成极细的导线。这种线栅在红外波段是可用的。这种线栅就是一个起偏器。然而要做一个让光波起偏的线栅谈何容易！一个光学器件，输入的是自然光，输出的是某种形式的偏振光，这种器件就叫起偏器。线栅的作用实质上是把一个偏振态过滤掉，让另一个与其正交的偏振态通过。对入射光束的两个正交的偏振态分量，只选择吸收其中一个，这就是广义的二向色性。二向色性起偏器本身在物理上是各向异性的，这种各向异性是不对称的根源，使它表现出对两电场分量产生强烈的不对称吸收（或