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1、光的偏振n光是光是一种电磁波。一种电磁波。nEinstein Einstein 在在解决光电效应的问题中，提出了解决光电效应的问题中，提出了光量子（即光子）假说，认为：光在传播的时光量子（即光子）假说，认为：光在传播的时候具有波动的性质，但在发射和吸收过程中具候具有波动的性质，但在发射和吸收过程中具有类似于粒子的性质。即，光具有波粒二象性。有类似于粒子的性质。即，光具有波粒二象性。n干涉和衍射现象揭示了光的波动性，但不能由干涉和衍射现象揭示了光的波动性，但不能由此确定光是横波还是纵波。偏振现象是横波最此确定光是横波还是纵波。偏振现象是横波最有力的实验证据。有力的实验证据。1光的偏振特性n偏振：
2、振动方向对于传播方向的不对称振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。性叫做偏振。n光是一种电磁波n光矢量 光振动EHS平面偏振光（线偏振光）P1P2n起偏器起偏器：能够产生偏振光的元件；：能够产生偏振光的元件；n检偏器检偏器：能够检验射来的光是否偏振光：能够检验射来的光是否偏振光 的元件；的元件；n凡是用作起偏器的任何偏振元件，也必凡是用作起偏器的任何偏振元件，也必然能用作检偏器。然能用作检偏器。2自然光与偏振光n部分偏振光：有些光的电矢量在某一确有些光的电矢量在某一确定的方向上最强，而在与其垂直的方向定的方向上最强，而在与其垂直的方向上最弱，这种光称为部分偏振光上最弱，这种光称为部分偏振光。
3、n偏振度：量度偏振程度的物理量量度偏振程度的物理量。3反射和折射时的偏振nMalusMalus 1908 1908发现，当一束自然光在两种发现，当一束自然光在两种介质界面上反射和折射时，就有偏振现介质界面上反射和折射时，就有偏振现象发生。这些现象可用象发生。这些现象可用FresnelFresnel公式解释。公式解释。nBrewsterBrewster定律：一束自然光在两种介质定律：一束自然光在两种介质界面上反射和折射时，当反射光束与折界面上反射和折射时，当反射光束与折射光束互相垂直时，反射光为平面偏振射光束互相垂直时，反射光为平面偏振光。光。叫做全偏振角，又称为叫做全偏振角，又称为Brewst
4、erBrewster角。角。n1n2n1n2玻璃堆MMBBM M，反射镜；反射镜；B B，BrewsterBrewster窗窗4光通过单轴晶体时的双折射现象n4.1 双折射n 当一束光照射到各向同性介质（如玻璃、水等）当一束光照射到各向同性介质（如玻璃、水等）的表面时，将按折射定律沿某一方向折射，这是一的表面时，将按折射定律沿某一方向折射，这是一般的折射现象。但是如果光照射到各向异性介质般的折射现象。但是如果光照射到各向异性介质（如方解石）中时，折射光将分为两束，它们沿着（如方解石）中时，折射光将分为两束，它们沿着略微不同的方向进行。略微不同的方向进行。n 同一束入射光折射后分成两束的现象称为
5、同一束入射光折射后分成两束的现象称为双折双折射。射。n寻常光（o光）：遵从折射定律遵从折射定律n异常光（e光）：不遵从折射定律不遵从折射定律eo方解石晶体方解石晶体n4.2光轴与主截面n 晶体内存在着一些特殊的方向，沿着这些晶体内存在着一些特殊的方向，沿着这些方向传播的光并不发生双折射。在晶体内平行方向传播的光并不发生双折射。在晶体内平行于这些特殊方向的任何直线叫做晶体的于这些特殊方向的任何直线叫做晶体的光轴光轴。光轴仅表示一定的方向，并不限于某一条固定光轴仅表示一定的方向，并不限于某一条固定的直线。的直线。n 只有一个光轴的晶体叫做只有一个光轴的晶体叫做单轴晶体单轴晶体；有；有两个光轴的晶体
6、叫做两个光轴的晶体叫做双轴晶体双轴晶体。方解石、石英。方解石、石英是最常见的单轴晶体，其它许多晶体如云母、是最常见的单轴晶体，其它许多晶体如云母、硫磺、黄玉等都是双轴晶体。光通过双轴晶体硫磺、黄玉等都是双轴晶体。光通过双轴晶体时可以观察到比较复杂的光学现象。时可以观察到比较复杂的光学现象。n 包含晶体光轴和一条给定光线的平面，包含晶体光轴和一条给定光线的平面，叫做与这条光线对应的晶体的叫做与这条光线对应的晶体的主截面主截面。显然，通过显然，通过o o光和光轴所做的平面就是和光和光轴所做的平面就是和o o光对应的主截面；通过光对应的主截面；通过e e光和光轴所做光和光轴所做的平面就是和的平面就是
7、和e e光对应的主截面。光对应的主截面。n 寻常光和异常光都是平面偏振光。寻寻常光和异常光都是平面偏振光。寻常光的振动面垂直于自己的主截面；异常光的振动面垂直于自己的主截面；异常光的振动面平行于自己的主截面。常光的振动面平行于自己的主截面。4.3双折射现象的解释n HuygensHuygens在在16901690年出版的年出版的论光论光一一书中提出了单轴晶体中双折射现象的解书中提出了单轴晶体中双折射现象的解释。他假设在晶体中从一个发光点发出释。他假设在晶体中从一个发光点发出的光线的波面是球面，非常光线的波面的光线的波面是球面，非常光线的波面是旋转椭球面。是旋转椭球面。n 旋转椭球面和球面相切于
8、两点，连旋转椭球面和球面相切于两点，连接着两点的直线方向决定光轴的方向。接着两点的直线方向决定光轴的方向。vovevove正晶体，vevo晶体中波面的传播eABCDEFOi1OOi2ei2ooeoeoi1i2oi2eoeoeBCA5偏振仪器n NicolNicol棱镜棱镜（简称尼科尔）是（简称尼科尔）是W.NicolW.Nicol，（，（1678-18511678-1851）于于18281828年首先年首先创制的。是一种应用很广泛的偏振棱镜。创制的。是一种应用很广泛的偏振棱镜。n WollastonWollaston棱镜棱镜能产生两束互相分开能产生两束互相分开的、振动湖垂直的平面偏振光。该棱镜
9、的、振动湖垂直的平面偏振光。该棱镜由两块直角棱镜组成由两块直角棱镜组成。n人造偏振片人造偏振片n 有些晶体不但能够产生双折射，而且有些晶体不但能够产生双折射，而且对寻常光和异常光具有不同的吸收本领，对寻常光和异常光具有不同的吸收本领，（选择吸收），这种特性称为（选择吸收），这种特性称为二向色性二向色性。n 人造偏振片就是用人工方法制成的具人造偏振片就是用人工方法制成的具有二向色性的晶片。有二向色性的晶片。6椭圆偏振光和圆偏振光n 晶体内的晶体内的o o光和光和e e光是频率相同、振动方向光是频率相同、振动方向互相垂直的两束平面偏振光。假如互相垂直的两束平面偏振光。假如o o、e e光传播光传播
10、方向相同、位相差恒定，那么空间任何一点处方向相同、位相差恒定，那么空间任何一点处o o、e e光引起的合振动矢量将在过该点且与传播光引起的合振动矢量将在过该点且与传播方向垂直的平面内描出椭圆。这种振动对传播方向垂直的平面内描出椭圆。这种振动对传播方向也具有不对称性，因此也是一种偏振。方向也具有不对称性，因此也是一种偏振。n 矢量末端描出椭圆的光叫做矢量末端描出椭圆的光叫做椭圆偏振光椭圆偏振光；如果叠加前如果叠加前o o、e e光的振幅相等，则椭圆变为圆，光的振幅相等，则椭圆变为圆，叫做叫做圆偏振光圆偏振光。n四分之一波片和半波片n 使寻常光和异常光的光程差等于使寻常光和异常光的光程差等于/4/
11、4的晶片称为四分之一波片。显然四分之的晶片称为四分之一波片。显然四分之一波片的厚度为一波片的厚度为n 使寻常光和异常光的光程差等于使寻常光和异常光的光程差等于/2/2、位相差等于位相差等于的晶片称为半波片。的晶片称为半波片。n 波片的效果是改变偏振光的振动面。波片的效果是改变偏振光的振动面。7人工双折射n7.17.1光弹性效应光弹性效应n 塑料、玻璃、环氧树脂等非晶体在通常情况下塑料、玻璃、环氧树脂等非晶体在通常情况下是各向同性而不能产生双折射现象的。但当其受是各向同性而不能产生双折射现象的。但当其受到应力时，就会变成各向异性而显示出双折射性到应力时，就会变成各向异性而显示出双折射性质，这种现
12、象称为质，这种现象称为光弹性效应光弹性效应。n 这种效应可用来研究物体应力的分布，这种效应可用来研究物体应力的分布，“光测光测弹性学弹性学”就是一个专门学科，它为过程设计解决就是一个专门学科，它为过程设计解决了极其复杂的应力分析问题。了极其复杂的应力分析问题。n 另外，在超声振动激发的液体中，也发现了双另外，在超声振动激发的液体中，也发现了双折射现象。这也是由于在声波场中存在液体速度折射现象。这也是由于在声波场中存在液体速度梯度的缘故。梯度的缘故。n7.2电光效应n 在电场作用下，可以使某些各向同性的透在电场作用下，可以使某些各向同性的透明介质变为各向异性，从而产生双折射，这种明介质变为各向异
13、性，从而产生双折射，这种现象称为现象称为电光效应电光效应。由。由J.KerrJ.Kerr（1824-19071824-1907）在在18751875年发现的，所以也叫年发现的，所以也叫KerrKerr效应效应。n 装有平板电极并盛有特定液体的玻璃盒称装有平板电极并盛有特定液体的玻璃盒称为为KerrKerr盒盒。利用。利用KerrKerr盒可以对偏振光进行调制。盒可以对偏振光进行调制。在现代光通讯和电视装置中，利用在现代光通讯和电视装置中，利用KerrKerr效应来效应来调制光强已获得了极大成功。调制光强已获得了极大成功。KerrKerr盒作为高盒作为高速开关广泛用于高速摄影、光速测量中的光阈速开关广泛用于高速摄影、光速测量中的光阈以及脉冲激光器的以及脉冲激光器的Q Q开关等各个方面。开关等各个方面。