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光的偏振及其应用制作者：物理电子工程学院席健2007265034主要内容光的偏振概念偏振光的产生及强度双折射与位相延迟器光波偏振状态的确定光的偏振的应用光的偏振光的偏振概念波的振动形式1完全偏振光2完全非偏振光（自然光）33波的振动形式绳波声波按振动行为划分有横波和纵波两种方式波的振动形式横波有偏振现象纵波无偏振现象波的振动形式电磁波的振动方式波的振动形式Maxwell电磁波理论和实验表明，光波是横波横波——振动方向垂直于传播方向，有偏振性光有偏振的现象完全偏振光完全偏振光：在任一时刻，光振动有确定的方向完全偏振光的偏振类型1.直线偏振光（平面偏振光）振动在垂直于传播方向的一个平面内振动方向不变，振动大小改变振动矢量端点的运动轨迹为直线。完全偏振光2.圆偏振光振动方向随时间旋转，振动大小不变。振动矢量端点的运动轨迹为圆完全偏振光振动方向随时间旋转，振动大小改变振动矢量端点的运动轨迹为椭圆2.椭圆偏振光完全非偏振光振动方向随机X-Y平面内，各个方向上的振动机会均等主要内容光的偏振概念偏振光的产生及强度双折射与位相延迟器光波偏振状态的确定光的偏振的应用光的偏振偏振光的产生及强度自然光通过一个光学元件，成为偏振光产生线偏振光——线偏振器；产生椭圆偏振光——椭圆偏振器。偏振器偏振光的产生及强度从自然光（非偏振光）产生偏振光的途径：晶体的双折射。反射和折射；二向色性（选择性吸收）；散射；偏振光的产生及强度Malus定律如图所示，线偏振器只让某个振动方向的光通过，该方向定义为线偏振器的透射轴。一个光强为I自的自然光经过偏振器后，光强=？偏振光的产生及强度一个线偏振光通过另一个偏振片后的光强遵从Malus定律透射轴入射到偏振器2的线偏振光为I0时,其透射光的强度：20cosII--------Malus定律起偏器(Polarizer）偏振光的产生及强度任一光振动可分解成两个垂直分振动,因此入射光、折射光、反射光都可作振动分解。分界面的光场遵从电磁场的边界条件n1n2定义两垂直分振动:S振动和P振动S振动---垂直于纸面（入射面）向外P振动的方向：kspˆˆˆ图示：光振动分解入射光折射光反射光一个垂直于入射面另一个在入射面内221ii0pR时反射光中只有S振动---线偏振光（完全偏振光）反射光中S振动的成份多于P振动自然光入射时，反射光和透射光成为部分偏振光偏振光的产生及强度主要内容光的偏振概念偏振光的产生及强度双折射与位相延迟器光波偏振状态的确定光的偏振的应用光的偏振双折射与位相延迟器当光入射到各向同性介质（如水、玻璃等）的分界面上时遵从折射定律；实验表明，两束双折射光分别是线偏振光当光入射到各向异性介质（如冰、方解石、石英等晶体）的分界面上时，除了正常的折射光束，还有一束折射光束不遵从折射定律;晶体中的双折射现象寻常光(ordinarylight，简称o光)----遵从折射定律的光束；非常光(extraordinarylight，简称e光)---不遵从折射定律的光束;正入射时晶体的光轴---------晶体中的一个方向，沿该方向传播时，o光和e光不分开，传播速度相等。光轴不是晶体中的一条直线，而是一个方向，因此在晶体中任何一点都可以找到一个光轴。通常的晶体为单轴(uniaxial)或双轴(biaxial)晶体。常见的天然单轴晶体有冰、方解石(calcite)和石英(quartz)等,双轴晶体有云母、蓝宝石、黄玉等双折射与位相延迟器主截面(Principalsection)和主平面(Principalplane):主截面----晶体分界面的法线和光轴构成的平面；主平面----晶体里的折射光线和光轴构成的平面。天然方解石三个表面对应的主截面:ABCD面AEHD面CDHG面实验发现：o光的振动方向o光的主平面e光的振动方向||e光的主平面o光和e光是振动方向垂直的线偏振光通常o光的主平面和e光的主平面可近似认为重合，因此o光的振动方向垂直于e光的振动方向.1.定义：由单轴晶体切割成的光轴平行于表面且能使o光和e光沿同一方向传播并产生一定相位差的薄片。2.原理：当一束振幅为A0的平行光垂直入射到波片上时，在入射点分解成的o光和e光的相位是相等的。但光一进入晶体，由于o光和e光的传播速度不同，其波长也不相同，所以就逐渐形成相位不同的两束光。.位相延迟器位相延迟器（或称波片）光的偏振状态的确定按偏振度划分，光波可分为：1．自然光（非偏振光）；2．部分偏振光；3．完全偏振光（线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光）我们已经了解到：1．通过偏振片可从自然光和部分偏振光产生线偏振光，并可以确定一个光波是否是线偏振光；2．通过波片可将圆或椭圆偏振光转变为线偏振光，或将线偏转换为椭偏或圆偏。41主要内容光的偏振概念偏振光的产生及强度双折射与位相延迟器光波偏振状态的确定光的偏振的应用光的偏振偏振片和波片结合起来可以产生所需的偏振光，也可以分析光波的偏振状态41在偏振片前放1个1/4波片，波片快轴沿光强极大或极小方向。转动偏振片在偏振片偏振片前放1个1/4波片。转动待测光波垂直入射光强有为零的极小值（消光）转动偏振片有消光现象光强不变自然光圆偏振光线偏振光有消光现象无消光现象椭圆偏振光部分偏振光主要内容光的偏振概念偏振光的产生及强度双折射与位相延迟器光波偏振状态的确定光的偏振的应用光的偏振光的偏振的应用液晶显示器件由于液晶具有单轴晶体的光学各向异性，所以具有以下光学特性：1）能使入射光沿液晶分子偶极矩的方向偏转；2）使入射的偏光状态，及偏光轴方向发生变化；3）使入射的左旋及右旋偏光产生对应的透过或反射。液晶器件基本就是根据这三种光学特设计制造的。光的偏振的应用液晶材料在施加电场（电流）时，其光学性质会发生变化，这种效应称为液晶的电光效应。液晶的电光效应在液晶显示器的设计中被广泛采用。目前发现的电光效应种类很多，产生电光效应的机理也较为复杂，但就其本质来讲都是液晶分子在电场作用下改变其分子排列或造成分子变形的结果。光的偏振的应用生物的生理机能与偏振光人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。光的偏振的应用光的偏振的应用机械感应---光弹效应(Photoelasticity)各向同性、异性材料在外力作用下产生各向异性的变化例如：玻璃或塑料拉伸或压缩各向异性应力分析------光弹力学工程应用干涉色的分布受力分布通常情况下，拉伸成为正单轴材料；压缩成为负单轴材料；