资源描述
三、马吕斯定律三、马吕斯定律 I0IPP E0 E=E0cos,200EI 20cosII ,0max0III 02 I,马吕斯定律马吕斯定律(1809)消光消光 2202cos EEI 自然光自然光I0线偏振光线偏振光 IP 偏振化方向偏振化方向(通光方向)(通光方向)021II 四、部分偏振光四、部分偏振光表示法:表示法:自然光和完全偏振光的混合,就构成了自然光和完全偏振光的混合,就构成了部分部分部分偏振光可看成是自然光和线偏振部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合,光的混合,偏振光。偏振光。分解分解不相干不相干平行板面的平行板面的光振动较强光振动较强 垂直板面的垂直板面的光振动较强光振动较强就是这种部分偏振光,就是这种部分偏振光,天空中的散射光和水面的反射光天空中的散射光和水面的反射光它可以分解如下:它可以分解如下:五、反射和折射时光的偏振五、反射和折射时光的偏振自然光反射和折射后成为部分偏振光自然光反射和折射后成为部分偏振光n1n2i irS 分量分量P 分量分量反射光反射光垂直入射面的分量垂直入射面的分量(S)比例大,比例大,折射光折射光平行入射面的分量平行入射面的分量(P)比例大,比例大,入射角入射角i 变变 反射、折射光的偏振度也变。反射、折射光的偏振度也变。i=i0 时,反射时,反射光只有光只有S分量:分量:i0 布儒斯特角布儒斯特角或或 起偏角起偏角i0+r0=90 由由 102sinsin0ninr得布儒斯特定律得布儒斯特定律21120tgnnni n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光S0cos2ni例:外腔式激光管加布儒斯特窗减少反射损失例:外腔式激光管加布儒斯特窗减少反射损失则:则:若若 n1=1.00(空气),(空气),n2=1.50(玻璃),(玻璃),i0 i0i0激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0 垂直分量损耗大,不能形成激光,但平行分垂直分量损耗大,不能形成激光,但平行分量能形成激光。量能形成激光。互余互余 空气空气玻璃玻璃-73350.100.1tg 10i 玻璃玻璃空气空气-35600.150.1tg 10i对布儒斯特定律的定性解释:对布儒斯特定律的定性解释:折射光波在第二种介质中激起折射光波在第二种介质中激起电子做受迫振动,电子做受迫振动,振振动方向沿光矢量方向。振动的原子可看做是电偶极子动方向沿光矢量方向。振动的原子可看做是电偶极子辐射次波,这些次波传回第一种介质相干叠加形成反辐射次波,这些次波传回第一种介质相干叠加形成反射波。射波。n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光SP 当以布儒斯特角入射时,反射光垂直于折射光。在当以布儒斯特角入射时,反射光垂直于折射光。在入射点处,入射点处,P分量的振动方向正好沿着反射光线的方分量的振动方向正好沿着反射光线的方向,因电磁波是横波,所以反射光只有向,因电磁波是横波,所以反射光只有S分量。分量。六、玻璃片堆起偏六、玻璃片堆起偏当当 时反射光是线偏振的,可用来起偏。时反射光是线偏振的,可用来起偏。0ii 但单次反射的反射光强太低(只占但单次反射的反射光强太低(只占15),而且方),而且方向发生变化,使用不方便。因此更多利用向发生变化,使用不方便。因此更多利用 时的折射时的折射光起偏,并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。光起偏,并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。0ii 0i0i0iiii讨论下列光线的反射和折射(讨论下列光线的反射和折射(起偏角起偏角 ).0i14.3 光的双折射光的双折射双折射会映射出双像双折射会映射出双像i一、双折射的概念一、双折射的概念1、双折射:、双折射:n1n2rore(各向异各向异性介质性介质)自然光自然光o光光e光光2、寻常(、寻常(o)光和非寻常()光和非寻常(e)光)光o光光:遵从折射定律遵从折射定律o21sinsinrnin e光光:一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律.constsinsine rie光折射线也光折射线也不一定不一定在入射面内。在入射面内。射到各向异性介质时,射到各向异性介质时,一束光入一束光入折射光分成两束的现象。折射光分成两束的现象。方解石方解石oee o 以入射方向为以入射方向为轴旋转方解石轴旋转方解石方解石方解石偏偏振振片片双折射的两双折射的两束光振动方束光振动方向相互垂直向相互垂直方解石的双折射方解石的双折射当方解石晶体旋转时,当方解石晶体旋转时,e光的像围绕光的像围绕 o 光的像旋转。光的像旋转。o 光的像不动,光的像不动,光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体 o光的像光的像e光的像光的像光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体继续旋转方解石晶体:继续旋转方解石晶体:光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体继续旋转方解石晶体:继续旋转方解石晶体:光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体继续旋转方解石晶体:继续旋转方解石晶体:光光光光双双折折射射方解石方解石 晶体晶体继续旋转方解石晶体:继续旋转方解石晶体:3、晶体的光轴、晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发不发 例如,方解石晶体(冰洲石)的光轴:例如,方解石晶体(冰洲石)的光轴:由由钝顶角钝顶角引出的与三个邻边成等角的方向就是引出的与三个邻边成等角的方向就是光轴。光轴。光轴是一个特殊的光轴是一个特殊的方向,方向,单轴晶体:单轴晶体:只有一个光轴的晶体,只有一个光轴的晶体,如方解石。如方解石。双轴晶体:双轴晶体:有两个光轴的晶体,有两个光轴的晶体,如云毋。如云毋。该该方向方向称为晶体的称为晶体的光轴。光轴。生双折射,生双折射,直线均为光轴。直线均为光轴。凡平行于此方向的凡平行于此方向的方解石的光轴方解石的光轴4、主截面与主平面、主截面与主平面晶体中晶体中光的传播方向光的传播方向与晶体与晶体光轴光轴构成的平面构成的平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面叫叫该束光该束光的的主平面。主平面。晶体晶体表面的法线表面的法线与与光轴光轴决定的平面,称为决定的平面,称为晶体的晶体的主截面主截面。晶体的各晶体的各向异性:向异性:介电常数为介电常数为 x,y x=y z,11 vCaCO3CaOCz光轴光轴光矢量垂直于光矢量垂直于光轴时,光轴时,光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,介电常数就不同,光的传播速度也就不同。介电常数就不同,光的传播速度也就不同。二、晶体的主折射率,正晶体、负晶体二、晶体的主折射率,正晶体、负晶体介电常数为介电常数为 z光矢量光矢量 平行于平行于光轴时,光轴时,Eo光:光:oovcn no,ne 称为称为晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体:正晶体:ne no负晶体:负晶体:ne novo tve t光轴光轴 点波源点波源点波源点波源vo tve t光轴光轴 eeevcnv e光:光:oonv(ve vo)如:石英、冰如:石英、冰如:方解石、红宝石如:方解石、红宝石vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo t ee三、单轴晶体中光传播的惠更斯作图法三、单轴晶体中光传播的惠更斯作图法 1、光轴平行晶体表面,自然光垂直入射、光轴平行晶体表面,自然光垂直入射光轴光轴晶晶体体 o、e方向上虽没分开,方向上虽没分开,下面以负晶体下面以负晶体(ve vo)为例,介绍该方法:为例,介绍该方法:oo但速度上是分开的,但速度上是分开的,这仍是双折射。这仍是双折射。以惠更斯原理为依据的惠更斯作图法,以惠更斯原理为依据的惠更斯作图法,是研究光在晶体中传播的重要方法。是研究光在晶体中传播的重要方法。正正-长轴长轴负负-短轴短轴惠更斯:惠更斯:光波阵面上每一点都可以看作新的子光波阵面上每一点都可以看作新的子波源,以后任意时刻,这些子波的包迹就是该波源,以后任意时刻,这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。时刻的波阵面。1690年年o e2、光轴平行晶体表面,且垂直入射面,、光轴平行晶体表面,且垂直入射面,晶体晶体 光轴光轴reivotveto ectooosinsinnvci eeesinsinnvci 自然光斜入射自然光斜入射在这种特殊的情况下,对在这种特殊的情况下,对e 光也可以用光也可以用折射定律。折射定律。r0BAB3、光轴与晶体表面斜交,自然光垂直入射、光轴与晶体表面斜交,自然光垂直入射 e方解石方解石光光轴轴oooee晶体晶体光光轴轴这正是前面演示的情形。这正是前面演示的情形。14.4 椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光一、晶体起偏器件一、晶体起偏器件 1、晶体的二向色性、晶体偏振器、晶体的二向色性、晶体偏振器 某些晶体对某些晶体对o光和光和e光的吸收有很大差异,光的吸收有很大差异,例如,电气石对例如,电气石对o光有强烈吸收,光有强烈吸收,光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴对对e光光吸收很弱,吸收很弱,用它就可以产生线偏振光。用它就可以产生线偏振光。这叫晶体的这叫晶体的二向色性二向色性。2、偏振棱镜、偏振棱镜l偏光棱镜:偏光棱镜:偏振棱镜偏振棱镜可由自然光获得可由自然光获得高质量高质量的线偏振光,的线偏振光,可由自然光获得原方向的线偏振光可由自然光获得原方向的线偏振光它又可分为它又可分为偏光棱镜偏光棱镜和和偏光分束棱镜。偏光分束棱镜。玻璃吸收涂层吸收涂层 方解石方解石655.1 n Zo73oe658.1on486.1eno o 光几乎不改变方向;光几乎不改变方向;e e 光在方解石界面上光在方解石界面上全反射后被吸收。全反射后被吸收。可以由可以由2e1sinsininin计算出计算出e e 光的光的全反射临界角全反射临界角nnicesinoo7364 ci格兰格兰汤姆孙棱镜汤姆孙棱镜l偏光分束棱镜:偏光分束棱镜:可由自然光获得分开的两束线偏振光可由自然光获得分开的两束线偏振光e12方解石方解石方解石方解石 oe光轴光轴光轴光轴沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜o 光进入到第光进入到第1块方块方解石后,解石后,o光和光和e光在光在方向上没有分开。方向上没有分开。由于方解石由于方解石2和方解石和方解石1二者光轴垂直,当光二者光轴垂直,当光进入到方解石进入到方解石2时,时,o 光变成光变成e光光(none):光:光密密光疏;光疏;而而e光变成光变成o 光:光疏光:光疏光密光密于是两光束在界面处发生折射而分开。于是两光束在界面处发生折射而分开。一束线偏振光垂直射入一块方解石,入射前光矢量方向与晶一束线偏振光垂直射入一块方解石,入射前光矢量方向与晶体的主截面成体的主截面成30o角,求:在方解石中角,求:在方解石中o光、光、e光的光强之比。光的光强之比。例题例题 解:垂直射入解:垂直射入主截面、主平面共面主截面、主平面共面 若入射光振幅若入射光振幅Aoo30sinAA oe30cosAA o222oo30sinAAIo222ee30cosAAI3130tano2eoIIy dxAAoAe线偏振光线偏振光光轴光轴 d光轴光轴例题例题 用方解石切割成正三角形截面的棱镜,自然光以用方解石切割成正三角形截面的棱镜,自然光以i 角入射,定性画出角入射,定性画出o光、光、e光的振动方向,传播方向。光的振动方向,传播方向。解:方解石解:方解石负晶体负晶体垂直垂直 光轴方向光轴方向v e vo光轴光轴ie光光o光光 e光光o光光注注 意:意:o o光、光、e e光只在晶体光只在晶体内部才有意义!内部才有意义!二、变相差器二、变相差器 圆和椭圆偏振光的起偏圆和椭圆偏振光的起偏波片波片:光轴平行于光轴平行于表面的晶体薄片。表面的晶体薄片。y dxAAoAe线偏振光线偏振光光轴光轴 AAoAe 光轴光轴P sin AAo cosAAe 椭圆椭圆(圆、线圆、线)偏振光偏振光d光轴光轴波片波片从晶片出射的从晶片出射的两束光由于出现相位差,两束光由于出现相位差,而合成为一束而合成为一束椭圆、圆或线偏振光。椭圆、圆或线偏振光。eeoo光轴光轴 在入射点,在入射点,o、e光的相位差为零或光的相位差为零或,在出射,在出射点晶片对点晶片对o、e光产生的光产生的附加相位差:附加相位差:2 -dnnoe,出射光为椭圆,出射光为椭圆(圆圆)偏振光偏振光 23,2 当当y dxAAoAe线偏振光线偏振光光轴光轴 椭圆(圆、线)偏振光椭圆(圆、线)偏振光d光轴光轴晶片晶片,出射光仍为线偏振光,出射光仍为线偏振光 ,3,当当 1、四分之一波、四分之一波(晶晶)片片:4 线偏振光线偏振光圆偏振光圆偏振光:2 ,0 线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光(或相反或相反)厚度满足厚度满足4 -dnnoe2 :240,线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光y dxAAoAe线偏振光线偏振光光轴光轴 AAoAe 光轴光轴P椭圆椭圆(圆、线圆、线)偏振光偏振光d光轴光轴晶片晶片2、二分之一波片、二分之一波片2 -dnnoe可使线偏振光振动面转过可使线偏振光振动面转过2 角度角度3、全波片、全波片2 -dnnoe 注意:注意:波片是对某个确定波长波片是对某个确定波长 而言的而言的 A出出光轴光轴 A入入AoAe三、椭圆与圆偏振光的检偏三、椭圆与圆偏振光的检偏【思考】【思考】如何用四分之一波片和偏振片区分如何用四分之一波片和偏振片区分部分偏振光部分偏振光和和椭圆偏振光椭圆偏振光自然光自然光和和圆偏振光圆偏振光 四分之一波片四分之一波片圆偏振光圆偏振光自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振片(转动)偏振片(转动)线偏振光线偏振光 I不变不变线偏振光线偏振光I 变,有消光变,有消光以入射光方向为轴以入射光方向为轴 四分之一波片四分之一波片椭圆偏振光椭圆偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光 偏振片(转动)偏振片(转动)线偏振光线偏振光I 变,有消光变,有消光 部分部分偏振光偏振光 光轴平行最大光强或最小光强方向放置光轴平行最大光强或最小光强方向放置线偏振光线偏振光I变变,无消光无消光或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置l如何区分由自然光和椭圆偏振光组成的如何区分由自然光和椭圆偏振光组成的 部分偏振光,与由自然光和线偏振光组成部分偏振光,与由自然光和线偏振光组成 的部分偏振光?的部分偏振光?【思考】【思考】l如何区分由自然光和圆偏振光组成的部分如何区分由自然光和圆偏振光组成的部分 偏振光,与自然光?偏振光,与自然光?巴比涅补偿器巴比涅补偿器d1d2光束垂光束垂直入射直入射光轴光轴上楔中上楔中 o o光光 e e光光下楔中下楔中 e e光光 o o光光 2012102dndndndnee-附加相位差附加相位差21dd 2102ddnne-210ddnne-光程差光程差索列尔补偿器索列尔补偿器偏振光的干涉偏振光的干涉自自 学学
展开阅读全文