第 56 讲：波动光学 —— 光的偏振
内容： § 17－ 12~§17－ 17 1．自然光与偏振光 2．起偏与检偏 3．反射光与折射光的偏振 4．双折射现象 5．旋光现象 6．偏振光的干涉 7．非线形光学现象
（40 分钟） （30 分钟）
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要求： 1．了解光的偏振性； 2．了解起偏与检偏，掌握马吕斯定律； 3．了解反射光与折射光的偏振，掌握布儒斯特定律。 4．了解双折射现象； 5．了解旋光现象； 6．了解偏振光的干涉。
是一种人工膜片，其中有大量按一定规则排列的微小晶粒，对不同方向的 光振动有选择吸收的性能，从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射
到膜片上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行于该方向的光 振动分量通过，从而获得线偏振光。利用这个特性可以制成偏振片。
一、光的偏振性： 1．光的偏振性： 1）横波和纵波的区别 —— 偏振：
纵波：振动方向与传播方向一致，振动方向唯一，不存在偏振问题； 横波：振动方向与传播方向垂直，振动方向不唯一，存在偏振问题。 如果把通过波的传播方向并包含振动 矢量在内的平面称为振动面， 则振动面与其 它不包含振动矢量在内的任何平面都是不 相同的， 即波的振动方向对传播方向不是具 有对称性。 定义：振动方向对于传播方向的不对称 性称为偏振性。只有横波才具有偏振现象， 偏振现象是横波区别于纵波的一个最明显 的区别。 2）光的偏振性： 电场强度矢量 —— 光矢量 对于平面电磁波，光矢量 E 的振动方向于传播方向垂直。 光矢量 E 的振动方向总是与光的传播方向垂直的， 即光矢量的横向振动状 态，相对于传播方向不具有对称性，这种光矢量的振动相对于传播方向的不对 称性，称为光的偏振性。
而与之垂直
4．其他偏振光 如椭圆偏振光 （ Elliptic Polarization ）、圆偏振光 （ Circular Polarizayion ）等。
三、偏振度（ Degree of Polarization ）
1．定义：若与最大和最小振幅对应的光强分别为 为
P＝ I m a x I m i n Im ax Im i n
三、光的分类 —— 以偏振为依据 光的横波性表明，光的振动矢量与光的传播方向垂直，然而在与传播方向
垂直的二维空间内，可以有各种各样的振动状态，我们称此为光的偏振状态 （ Polarization State）。 1．线偏振光（ Linear Polarization ）： 1）在垂直于传播方向的平面内， 光矢量只沿某一个固定方向振动， 则称为 平面
1）在所有可 能的方向
yx u
上，光矢量的振幅都相等；
2）自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个
线偏振光， 它们的振幅相等， 且在各光振动之间没有确定 的相位关系，因此它们各占自然光总光强的一半。
...
u
3）自然光的表示方法：圆点与短线等距离地交错、均匀 地画出。
4）除自然光外， 光的偏振状态有以下四种： 部分偏振光， 线偏振光， 圆偏振光， 椭圆偏振光。
椭圆
圆
线
3．部分偏振光（ Partial Polarization ）： 1）光波中不同方向上的光振动振幅不等， 在某一方向上振幅最大， 的方向上的振幅最小，则称为部分偏振光。 2）部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位差。 3）表示方法：
振动面平行于纸面较强的部分偏振光 振动面垂直于纸面较强的部分偏振光
2．光的偏振度 对于自然光： I max=I min， P=0，偏振度最小； 线偏振光： I min=0， P=1，偏振度最大； 部分偏振光， 0<P<1。
I max 和 I min。则偏振度的定义
四、偏振片 起偏与检偏：
1．基本概念百度文库 普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光的器件称为起偏器
重点与难点： 1．马吕斯定律； 2．布儒斯特定律； 3．双折射现象。
作业： 问题： P173： 22， 23， 24， 25 习题： P177： 28， 29， 30， 31 复习：第十七章
复习： 圆孔衍射 光学仪器的分辨率 衍射光栅 X 射线的衍射
§17－ 12 光的偏振性 马吕斯定律
引言：光的干涉现象和衍射现象证实了光的波动性，而光的偏振现象则进 一步说明了光是横波。
（ Polarizer ）。人的眼睛不能区分自然光与偏振光，用于鉴别光的偏振状态的器 件称为检偏器（ Analyzer ）。常用的起偏器有：偏振片、尼科耳棱镜等。能作起 偏器的也可以当作检偏器。
2．偏振片（ Polaroid ）： 两向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡 后，在高温下拉伸、烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。它有一 个特定的方向，只让平行与该方向的振动通过，这一方向称为透振方向。
光的偏振现象是 Malus 在 1809 年发现的。 但是当时认为光是纵波， 无法解 释光的偏振现象；
1817 年， Young 认为光是横波，偏振现象可以得到解释； Fresnel 承认光是横波， 解释了偏振光的干涉现象； Fresnel 还发现圆偏振光 和椭圆偏振光，建立了双折射理论。 根据 Maxwell 电磁理论，光是一种电磁波，在光与物质相互作用时，主要 是横向振动着的电矢量起作用。 电矢量的各种振动状态使光具有各种偏振状态。 本部分就是讨论光的偏振，主要内容有： 1．光的偏振现象及与光的偏振有关的几个概念； 2．偏振光的获得与检验； 3．两个定律：马吕斯定律和布儒斯特定律； 4．双折射现象； 5．偏振光的干涉。
偏振光 ，又称为 线偏振光 。
2）表示方法： 如图所示，短线表示振动方向平行于纸面的线偏
振光；而点子表示振动方向垂直于纸面的线偏振光。
2．自然光（ Natural Light ） 光是由光源中大量原子（分子）发出的。各原子发出的光的波列不仅初相
位彼此不同，而且振动方向 也各不相同。在每一时刻， 光源中大量原子所发出的光 的总和，实际上包含了一切 可能的振动方向，而且平均说来，没有哪个方向上的光振动比其它方向占有优 势，因而表现为在不同的方向上有相同的能量和振幅。这种各个方向光振动振 幅相同的光，称为自然光。
