光的偏振和晶体的双折射.pdf

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ܻ物理量都是随机的。
如果采用相应的光学装置，可以将这些光波变成沿着相同方向传播的平行波
列。但是，这些大量的随机波列中，各列波的振动方向是随机的，在各个方向是
均等的，因而总的来看，电矢量是相对于波矢对称的；同时，由于各个波列之间
的相位差是随机的，因而是不相干的，光的叠加各个波列的强度相加。这种光就
是自然光（Natural Light），日光、灯光等等任何自发辐射光源所发出的光都是自
然光。
自然光是大量原子同时发出的光波的集合。其中的每一列是由一个原子发出
的，有一个偏振方向和相位，但光波之间是没有任何关系的。所以，它们的集合，
就是在各个方向振动相等、相位差随机的自然光。
可沿任意方向正交分解，在任一方向的强度为总强度之半。

3光学 第六章 光的偏振和晶体的双折射

实验表明，让一束强度为 I0 的自然光通过吸收可以忽略的起偏器，不论起偏
器的透振方向怎样旋转，透射光的光强都不发生改变，在起偏器后的光强
1
I = I 。
2 0
上述实验上观察到的结果可以很容易地从理论上证明。设自然光沿着 Z 轴方
向传播，其在任一方向的振幅都等于 A0 。其中任一列光，振动方向与 X 轴夹角
θ
为θ，则该振动在 X 方向振动分量的振幅为 AAx = 0 cosθ 。由于自然光中的各个
波列是不相干的，所以按强度进行叠加，故有
2π 2 2π
θ 2 2 2
I x = (Ax ) dθ = A0 cos θdθ = πA0
∫0 ∫0
2
同理 I y = πA0
2π 2 2 1
而总光强 I = A0 dθ = 2πA0 ，故 I = I = I
∫0 x y 2 0
即，自然光通过起偏器后，如果不考虑起偏器对光强的吸收，则透射光强为
入射光强的一半。
平面偏振光（线偏振光）
自然光经过起偏器（二相***晶体、偏振片等等）后，由于只有平行于起偏
器透振方向的电矢量能够通过，因而透射光只包含单一振动方向的电矢量。这种
电矢量始终在一个平面内振动的光、或者电矢量振动的投影是一条直线的光，就
是平面偏振光（Plane-Polarized Light）或线偏振光（Linearly Polarized Light）。
如果使平面偏振光垂直地射向偏振片，而该偏振片的透振方向与偏振平面之
间的夹角为θ ，如图所示。
4光学 第六章 光的偏振和晶体的双折射

可以将电矢量 E0 正交分解为平行于偏振片透振方向的矢量 E// 和垂直于偏
振片透振方向的矢量 E⊥ ，而只有 E// 可以通过，因而透射光的光强为
2222
IIθ =< EE// |>=< 0 > cos θ = 0 cos θ
马吕斯定律。