第13章 光的偏振和晶体光学基础new

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1、第十三章第十三章第十三章光的偏振和光的偏振和光的偏振和晶体光学基础晶体光学基础1主要内容一、偏振光的概念及偏振光的产生二、光在晶体中传播的主要特性三、光在晶体表面的折射和反射四、典型的偏振器件及偏振的矩阵表示五、偏振光干涉六、偏振光的变换和测定2第一节偏振光概述一、偏振光与自然光光的横波性：振动方向总是垂直于传播方向。光波的三个特征参量：ω，k，电矢量的振动方向E=Etcos(ω−kz)x0E=0yE=0zH=0xHH=cos(ωtk−z)y0H=0z31、偏振光!!hh!Eai!=exp[kz]x1EExEy＝+xy00!Eai=+exp[(k

2、zδ)]y2光矢量的振动方向和大小有规则地变化线偏振光光矢量始终在一确定的方向上振动，其大小随相位变化的光。圆偏振光光矢量的大小不变，方向规则变化，其矢量末端的运动轨迹为圆。椭圆偏振其光矢量的大小、方向规则变化，其矢量末端的运动轨迹为椭圆。41.1线偏振光y振动平面:a2a(x,y)光矢量与传播方向组成的平面αxδ=0a!hh1Ea＝＋exp(ikzxa)exp(ikzy)1020振动方向：与a和a的比值有关12任一偏分解两个线偏光ddd振光E合成EExy,,(δ=αα21−)51.2圆偏振光aa=12!ikzt()−−ωωhhikzt(+δ)E

3、＝aex+aey1020ππδδ==左−右226偏振矢量的旋向和判断方法定义：对着光传播方向，合矢量顺时针旋转，右旋；逆时针旋转，左旋。旋向的判断:t=t如：EAik=exp[−−(wtz)]0xEAik=ep[x−(wt−z+π2)]右旋y但，EAi=exp[−(kz−wt)]xEy=Aiep[x−(kz−wt+π2)]左旋t=t0+Τ/4注意：z=z是确定的位置，旋向是时间的变量071.3椭圆偏振光aa≠12!－itk()ω−zhEae＝x10－itk()ωδ−z+h+aey200<<δπ左旋椭圆光π<<δπ2右旋椭圆光8δ不同取值时，椭圆偏

4、振的形状和旋向sinδ=sin(αα21−>)0→左旋偏振光sinδ=sin(αα21−<)0→右旋偏振光91.4自然光光矢量在一切可能的方向上振动几率和大小相同自然光E振动方向垂直，大小相等，n无相位关联的两线偏光1.5部分偏振光某一方向的振动比其它方向占优势II−maxmin偏振度P=II+maxmin10二、偏振光的产生1.由反射产生偏振光入射角为布儒斯特角，即n−12θ=tg()Bn1反射光为线偏振光，振动方向垂直于入射面。112、由二向色性产生线偏振光二向色性：一些各向异性的晶体对不同振动方向的偏振光，吸收不同垂直水平分量分量通过通过1

5、23、利用晶体的双折射特性产生线偏振光光→双折射晶体→传播方向不同的二支线偏振光(一般情况)132三、马吕斯定律II=cosαI~α0偏振器的透光轴：偏振器允许透过光矢量的方向当α＝90°时，I＝0，消光用于检验线偏光14偏振片的参数:最大透射率I02I=cosα消光比（偏振度）215第二节第二节光在晶体中的传播光在晶体中的传播以单轴晶体为例，讨论光在晶体中传播的特性一、晶体的双折射现象晶体对两个相互垂直振动矢量的光n不同而产生两束折射光常用单轴晶体方解石天然结构为平行六面体16寻常光（o光）和非寻常光（e光）o光——遵守折射定律，在入射面内e光

6、——不遵守折射定律，一般不在入射面内①o光和e光与晶体不可分②折射定律的含义siniv11•角关系==n21siniv22•入射光线/折射光线与法线共面•界面两侧频率相同17二、晶体特性1、光轴：在双折射晶体中的一个特殊方向当光束沿这个方向传播时不发生双折射。光轴方向上，o光和e光都遵守折射定律。且：n=noe，o、e光k相同，v相同光轴是一个方向182、主截面：光轴和晶体表面法线确定的平面当光线在主截面内入射（不与光轴重合）时，o光和e光都在主截面内，但n≠noe光线在一般情况下入射晶体，o光和e光不同面193、主平面：光线和光轴组成的面o光：

7、振动方向垂直于o光主平面。e光：振动方向在e光主平面内。入射光在主截面内时，o光、e光主平面均为主截面实际使用中取入射面与主截面重合204、晶体的各向异性v>v，为正晶体；vn，e光波面（椭球）在o光波（球）面外oe21gdgd5、晶体的介电张量D=εEgdgd各向同性媒质中，是常数，有：εD//E各向异性媒质中，不同方向光波电矢量的ε值不同，为一个二阶张量，称介电张量⎡D⎤⎡⎡⎤εεεE⎤xxxxyxzx⎢⎥⎢⎢⎥⎥[ε]=⎡⎤ε⎣⎦ijD=εε

8、εE⎢yy⎥⎢⎢⎥xyyyzy⎥⎢⎥⎢⎢⎥⎥DεεεE⎣zz⎦⎣⎣⎦xzyzzz⎦gdgdDE随而异22在晶体中可找到x，y，z三个互相