2.9光的横波性与五种偏振态(修正版)

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§9 光的横波性与五种偏振态

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1、光的偏振现象与光的横波性 (1)横波与纵波 光的波动性光波是横波机 械 波 穿 过 狭 缝

光的干涉、衍射 .光的偏振 .

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(2)偏振片1)晶体的二向色性(选择吸收性)

2)偏振片及其透振方向和消光方向 3)偏振片的制造 4)偏振片的起偏和检偏性能

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(3)光波的横波性的检验

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通光方向

偏振片原理 形象说明

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(4)光的五种偏振态 1)光是横波，有不同的偏振状态 2)光波的五种偏振态： 自然光、线偏振光、部分偏振光、 圆偏振光和椭圆偏振光。 人们常以电矢量作为光波中振动矢量 的代表，也称其为光矢量

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(5)起偏器和检偏器起偏器：光通过后使透射光都变为线偏 振光的器件。检偏器：检查入射光偏振态的器件。

偏振片既可作为起偏器，又可作为检偏器。

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2、自然光 在垂直光传播方向的平面上，包含各 个方向的光矢量，所有可能的方向上的振 幅都相等。y x (a) 自然光的电 矢量 O y A1 A2 x

二互相垂直 方向是任选的 . 各光矢量间 无固定的相位 关系 .

(b) 电矢量的 分解

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(2)自然光通过偏振片后的光强度起 偏

I0起偏器

1 I0 2 偏振化方向

1 旋转偏振片P一周，出射光强均为： I I0 2

若入射的自然光强为：I 0

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3、线偏振光 光振动只沿某一固定方向的光 。E

符号表示v

振动面在垂直光传播方向的平面上，只有单一 方向的振动矢量，随着时间的推移，振 动矢量只改变大小、不改变方向。

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(2) 振动面与平面偏振光

振动面： 线偏振光的传播方向与 振动方向构成的平面。

振动面

同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一 振动面上，又称线偏振光为平面偏振光。

线偏振光是偏振程度最强的光，又称为全偏 振光。

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(3)线偏振光通过偏振片后的光强度

旋转偏振片P一周， 出射光强的变化为：I

I0 0 I0

存在一个消光方向 , 在垂直 P 的透振方向上

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(4)一束线偏振光可以分解为两束互相垂 直的线偏振光 E A cos t

Ex i E y j

y

Ax A cos

A E

x

Ay A sin

Ex Ax cos tE y Ay cos( t )

0,

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若将 0, 带入参量方程消去参量t,就有：

Ey Ex

Ay Ax

,这正是直线方程

结论：(1)线偏振光可以分解为两个互相垂直 的相位差为 0 或 的线偏振光， (2)可以由这两束线偏振光代替这束线偏振光。

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(5)马吕斯定律(1880 年)N

I0E0

M

E检偏器

I

起偏器M N

E

E0

E E0 cos

I E 2 I 0 E0

2

马吕斯定律

I I 0 cos 2

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4.部分偏振光 在垂直光传播方向的平面上，所有方向 均有横振动，但不同方向的

振动幅度不相等。y y A1 x (a) 电矢量 O

A2 x

(b) 电矢量的分解

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(2)部分偏振光通过偏振片后的光强度

部分偏振光

PI

I0

旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：

I I M I m I M ,没有消光现象出现I M与 I m的振动方向互相垂直

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I M 与 I m 是所有线偏振光在这两个互相 注意：垂直方向上的投影分量的非相干叠加。 (3)部分偏振光的总光强

I IM Im

I I M m (4)偏振度： P IM ImI M=I m时，P 0 ,为自然光

I m 0 时，P 1 ,是线偏振光

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5.圆偏振光

y振动矢量瞬时值 的大小不变，振动方 向匀速旋转，振动矢 量的端点描绘成一个 圆形轨迹。

O

x

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(2)圆偏振光能够分解成两束互相垂直的线 偏振光

Ex A cos( t ) E y A cos( t )

E Ex i E y j A cos( t )i A cos( t ) j

yEy

A

EEx

O

x

/ 2

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若将 / 2 带入方程，消去参量t2 2 就有： Ex Ey A2 ,正是圆方程。

结论： 1)圆偏振光可以分解为两个互相垂直 的振幅相等、相位差为 / 2 的线偏振光。

2)可以由这两束线偏振光来代替这束 圆偏振光。

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