第五章 光的偏振

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1、第五章光的偏振§1光的横波性及偏振态一、偏振现象日常生活中可发现光的许多偏振现象。如：电视接收天线方向与电磁振动方向一致时，信号最清晰，而不是与传播方向一致时；又如：超快开关，利用光波偏振的电光效应，可制成的高速开关；量糖汁，利用偏振光在糖溶液中振动面的旋转，测量糖溶液的浓度。干涉和衍射揭示光的波动性，但波有给、横波之分，干涉、衍射并不能体现这种区别。二、偏振定义横波纵波：区别：横波有偏振，纵波无偏振波的偏振：振动方向相对于传播方向不对称例：机械波横波（1）能通过（2）不能通过纵波：装置无论怎样摆置，均能通过可看出：纵波的振动方向对传播方向有对称性；横波的振动方向对传播方向

2、没有对称性；例：光学实验，两块偏振片P1、P2；透光消光光发生类似的偏振现象，光是横波电矢量与光的传播方向垂直但在与传播方向垂直的二维空间里电矢量可以有各种不同的振动状态（称为偏振态）如：（用一块偏振片）从普通光源出来的光，通过P1，有光，（转动P1）。而从P1出来的光射入P2，（转动P2，有时有光，某位置又无关），说明普通光源的光与从P1出来的光的偏振态是不同。有五种偏振状态：自然光（非偏振奋光），平面偏振光（线编光）部分偏振光、圆偏光，椭圆偏光。三、偏振态1、平面偏振光（线偏光）只包含一种振动方向的光，32即振动方向只限于某一确定方向，平偏光的数学表达式（一般）而对于任

3、意方向振动的平偏光，可将此振动分解，用两个位相相同，振方互相垂直的光波迭加来描述，其与轴夹角为。2、自然光实验：普通光源，转动偏振片，都有光，且光强一样。说明普通光源（太阳光、灯光、烛光等）各方向都有振动。解释：（1）微观每一原子发光每次发射的是一理想单色谐波，各原子发光是随机的，其偏振方向、位相分布都是无规则的、彼此无关联的。（2）宏观大量原子发光，那么入射光中包含了所有方向的横振动，迎着光看，振动方向对光的传播方向形成轴对称分布（见图）（3）特点：A、光矢量振动分布呈现时间、空间均匀性B、自然光不是偏振光、大量原子的随机辐射掩盖了其偏振本性。C、哪个方向也不比其他横方向

4、更优越（演示实验）所以叫自然光。（4）等效模型为分析问题方便起见，把所有这些振动分解为两个互相垂直的分量（只要垂直，任意方向均可）振矢：则因是大量平偏光的分解，无更优越的方向有：注意：都是非相干的量（内部结构），是由许多彼此之间无固定位相关系（不相干）的平偏光的和，不能合成为一矢量。因而，自然光可看成是两振动振幅相同，振动方向相互垂直的非相干的平偏光的迭加。即32图表法：3、平偏光的获得（1）偏振片是由一些具有二向色性的晶体做成的具这样特性的晶体对不同方向的电磁振动有选择性地吸收。二向色性：与光轴平行的振动矢量吸收较少，与光轴垂直的吸收较多。例：1、电气石晶体，电矢与晶体光

5、轴平行时，吸收小，与之垂直时，光被强烈吸收。2、另一种硫酸碘奎宁晶体，比电气石好，但晶体小，可在拉伸后的赛璐璐基片上蒸镀一层奎宁晶体颗粒，基片应力使晶粒的光轴定向排列，便可得到较大面积的偏振片。偏振片上能透过电矢量振动的方向叫透振方向。在自然界中，巨蟹星云座辐射线编光。（2）马吕斯定律P1：起偏器（产生线偏光）P2：检偏器P1与P2夹角为设入射自然光，通过后，，其振幅为A，则通过后，透振方向分量为，即。当任意例1：将两偏片P1与P2共轴放置，用强度I1的自然光和I2的平偏光同时垂直入射到P1上，从P2透出后又射到P2上。（1）P1放置不动，将P2以光线方向为轴转一周，光强如

6、何变化？（2）欲使光强最大，如何放置P1和P2？解：（1）设I2的振动面与P1的透振方向或，则从P1出射的光从P2出射的光32（2）光强最大，实验步骤：先固定P1，转P2，到最大，，再同时转P1、P2（同步）达最大，此时。例：将一偏振片沿450角插入一对正交偏振器之间，自然光经过它们，强度减为原来的百分之几？解：设自然光为过例：P1、P2正交，插入P3，以旋转，入射，求。解：3、部分偏振光光振动方向各向均有，但方向不同，振幅不同，自然光可看成两相互垂直的等振幅的非相干平偏光，那么部偏光可看成两相互垂直，但振幅不等的非相干平偏光的迭加。振矢模型（1）偏振度垂直方向的最小光强当

7、自然光32当平偏光（1）部偏光相当于一平偏光与一自然光的迭加例：用偏振片观察一部偏光，当偏振片由对应光强最大的位置转过300，光强减为，试求其中自然光与平偏光强之比及光束的偏振度。解：（1）部偏光强过偏片后，最大光强转300依题意有（2）4、椭圆偏振光5、圆偏光三、反射光的偏振1、偏振态入射光（自然光）可分解为平行和垂直入射两个分量，由菲涅耳公式32不考虑方向（1）当时有：、仍是非相干量，合成为一自然光（2）当有即反射光中电矢量平行分量，所以反射光是部分偏振光。当然，如果入射光是平偏光，则反射光仍是平偏光。2、布儒