2021年：光的偏振与晶体光学基础.ppt

第七章：光的偏振与晶体光学基础
电磁波是一种矢量波，大量的干涉和衍射问题可以用标量近似处理。
然而本章所要讨论的偏振和双折射。却是矢量波所特有的现象。不能再按标量处理。
历史上，双折射的发现。曾经是光的横波（矢量波）特性的一个有力佐证。
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§7－1偏振光和自然光
一、偏振光和自然光的特点
由麦克斯韦理论知：
光波是一种横波，即它的光矢量始终是与传播方向垂直的。
：光矢量的振动方向在传播过程中（在自由空间中）保持不变，只是它的大小在随位相改变，即为线偏振光。
：线偏振光的光矢量与传播方向组成的面。
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§7－1偏振光和自然光
：在传播过程中光矢量的大小不变，而方向绕传播轴均匀地转动，端点的轨迹是一个圆。
：光矢量的大小和方向在传播过程中都有规律地变化，光矢量的端点沿着一个椭圆轨迹转动。
：具有一切可能的振动方向的许多光波的总和，这些振动同时存在或迅速且无规则地互相替代。无优势振动方向。
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§7－1偏振光和自然光
：自然光在传播过程中，若受到外界的作用造成各个振动方向上的强度不等，使某一方向振动比其它方向占优势，即为部分偏振光。它可看成是由自然光和线偏振光混合而成。
：线偏振光在部分偏振光总强度中所占的比例：
显然：自然光 → P=0 线偏光→　P＝1
　　　其它　　　0＜P＜1
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§7－1偏振光和自然光
二、从自然光中获得线偏振光的方法：
一般有四种：
A：利用反射和折射　　B：利用二向***
C：利用晶体的双折射　　　D：利用散射
本节只讨论　A、B两种方法；
D在§1－10中己讨论过：（偏振度与θ角有关）当θ＝π/2时，可得完全线偏光；
C、在下一节讨论。
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§7－1偏振光和自然光
。
自然光在介质分界面上的反射和折射时，可以把它分解成两部分，即平行于入射面的分量P波和垂直于入射面的S波。
由于这两个波的反射系数不同，则反射光和折射光一般地就成为部分偏振光。
当入射光的入射角等于布儒斯等角时，反射光成为线偏振光。
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§7－1偏振光和自然光
根据此原理：可以利用玻璃来获得线偏振光。如图7－2所示的外腔式气体激光器，将激光管两端的透射窗B1，B2安置成使入射光的入射角成为布儒斯特角。此时：
则谐振腔中不能对S波起振（损失大，不能满足阈值条件），而只对P波起振。
故输出的激光将只包含P波成份。
rs≠0　Rs≈15%
rp=0
B1
B2
M1
M2
输出
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§7－1偏振光和自然光
此方法的缺点：
以布儒斯特角入射时，反射光虽是线偏振光，但强度太小；透射光强度虽大，但偏振度太小，为此可用多片玻璃叠合成片堆，并使入射角等于布儒斯特角。如图7－3所示。
按照玻璃片堆的原理，可以制成一种叫做偏振分光镜的器件。如图7－4所示。
为了使透射光获得最大偏振度，
应适当选择膜层的折射率，
使光线在相邻膜层界面上的入射角等于布儒斯特角。
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§7－1偏振光和自然光
即：n3sin450=n2sinθ
且　n2sinθ＝n1sin(900-θ) →tgθ=n1/n2
由此：
此为玻璃折斯率n3和两种介质膜的折射率n1,n2之间应当满足的关系式：
使用白光时，考虑色散影响，冰晶石（Na3AlF6）色散极小，则：
n3玻璃，n2硫化锌
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§7－1偏振光和自然光
色散系数（阿贝常数）
钠光谱D线　5893A 黄
氢光谱F线　4861A　兰
氢光谱C线　6563A　红
则玻璃色散系数
硫化锌（ZnS）色散
可得：
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