光的偏振和晶体的双折射课件

第3章 光的偏振光的偏振态菲涅耳公式反射折射引起的偏振态改变第3章 光的偏振光的偏振态13.1 光的偏振特性横波具有偏振特性偏振：振动方向相对于传播方向的不对称性非偏振的偏振的3.1 光的偏振特性横波具有偏振特性非偏振的偏振的2散射体2偏振的发现通过二向色性晶体的光双散射的光电气石晶体NaR3Al6Si6O18BO33(OH,F)4 散射体1入射光散射光测不到光强测不到光强散射体2偏振的发现通过二向色性晶体的光电气石晶体NaR3Al3偏振器金质线栅人造偏振片d10-4mm聚乙烯醇薄膜浸碘拉直的分子链导电 Edwin Herbert Land，19091991 偏振器金质线栅d10-4mm聚乙烯醇薄膜浸碘拉直的分子链导4起偏与检偏起偏：使没有偏振特性的光变为偏振光检偏：检验光的偏振特点，观察光强变化起偏器检偏器透振方向（透光轴）起偏与检偏起偏：使没有偏振特性的光变为偏振光起偏器检偏器透振53.2 光的偏振态普通光源发出非偏振光大量原子跃迁发光：固体材料中原子的体积密度1020/cm3是自发辐射自发辐射过程发光原子间无关联称为自然光自然光相位、光矢量方向任意E2E1h=EE3.2 光的偏振态普通光源发出非偏振光E2E1h=E6自然光经起偏器，变为偏振光旋转起偏器，出射光强不变，强度变为1/2振幅的角度分布密度自然光经起偏器，变为偏振光振幅的角度7平面偏振光（线偏振光）光矢量只在一个固定的平面内振动可分解为两列正交平面偏振光平面偏振光（线偏振光）光矢量只在一个固定的平面内振动8同相反相总是在一个固定点观察，可略去空间相位同相反相总是在一个固定点观察，可略去空间相位9马吕斯定律马吕斯定律10部分偏振光介于自然光和平面偏振光之间偏振度可看作是自然光和平面偏振光的叠加部分偏振光介于自然光和平面偏振光之间偏振度可看作是自然光和平11圆偏振光在一个垂直于波矢的固定平面内，光矢量旋转，大小不变，端点轨迹是圆圆偏振光在一个垂直于波矢的固定平面内，光矢量旋转，大小不变，12圆偏光的物理图象某一光矢量端点随时间变化的轨迹不是螺旋线在某一时刻，所有光矢量的端点是螺旋线圆偏光的物理图象某一光矢量端点随时间变化的轨迹不是螺旋线13圆偏光可看作是两相位差为的/2的正交分量的叠加左旋圆偏光可看作是两相位差为的/2的正交分量的叠加左旋14椭圆偏振光在一个垂直于波矢的固定平面内，光矢量旋转，大小作周期性改变，端点轨迹是椭圆椭圆偏振光在一个垂直于波矢的固定平面内，光矢量旋转，大小作周15右旋右旋16左旋左旋17 椭圆的取向只取决于相位差椭圆的取向只取决于相位差切点在第IV象限 切点在第IV象限 切点在第II象限 切点在第II象限 长轴总是在II、IV象限 与Ax、Ay的相对大小无关 椭圆的取18光的偏振和晶体的双折射课件19一个演示实验一个演示实验20菲涅耳公式光波在均匀介质中传播，形成电磁场的分布光波在介质的分界面处，由于其中有电荷，会改变电磁场的分布，从而引起光波传播的改变可以用电磁学定律（Maxwell 方程组）解出电磁场的分布情况，进而确定光波传播的情况菲涅耳公式光波在均匀介质中传播，形成电磁场的分布21电磁场的边界条件在介质的分界面两侧电磁场各物理量必须满足的条件，由麦克斯韦方程得到电磁场法向的边界条件电磁场切向的边界条件电磁场的边界条件在介质的分界面两侧电磁场各物理量必须满足的条22光波反射折射的电磁理论边界处没有自由电荷与传导电流光波电场分量、磁场分量、波矢间的关系光在不同介质中的速度光波反射折射的电磁理论边界处没有自由电荷与传导电流23反射定律与折射定律根据边界条件，可以得到于是有进一步可得到反射定律折射定律反射定律与折射定律根据边界条件，可以得到于是有进一步可得到反24光矢量的正交分解P、S、k构成右手系以此确定各分量的正负P分量平行于入射面S分量垂直于入射面光矢量的正交分解P、S、k构成右手系P分量平行于入射面25菲涅耳公式（电场强度）折射光 反射光菲涅耳公式（电场强度）折射光 反射光26光的偏振和晶体的双折射课件27光的偏振和晶体的双折射课件28菲涅耳公式的物理意义菲涅耳公式反映的是在反射、折射瞬间瞬间，反射光、折射光的电场强度电场强度之间的关系公式中是电场分量电场分量，即电矢量电矢量、或光矢量光矢量的比值，不是振幅的比值由于光矢量与复振幅间的关系为 E(P,t)=(P)eit，定态光波eit相同所以，菲涅耳公式也反映了分界面处复振复振幅幅的比值，是复振幅复振幅的反射率反射率、透射率透射率菲涅耳公式的物理意义菲涅耳公式反映的是在反射、折射瞬间，反射29复振幅的反射率、透射率既反映了振幅间的关系，同时也反映了相位间的关系可能出现负值复振幅的反射率、透射率既反映了振幅间的关系，同时也反映了相位30光强的反射率和透射率可以从菲涅耳公式得到光强的反射率和透射率光强的反射率和透射率可以从菲涅耳公式得到光强的反射率和透射率31能流反射率、透射率 能流是光功率，等于光强光束截面反射光束截面不变，所以能流反射率等于光强反射率但折射光束截面改变，能流透射率不等于光强透射率能流反射率、透射率 能流是光功率，等于光强光束截面但折射光32反射后光束截面不变折射后光束截面改变反射后光束截面不变折射后光束截面改变33反射率、透射率与入射角的关系复振幅光强能流空气射向玻璃反射率、透射率与入射角的关系复振幅光强能流空气射向玻璃34玻璃射向空气复振幅光强能流玻璃射向空气复振幅光强能流35相位关系如果将公式中的振动量作为复振幅处理，则反射率、透射率即为两个复数的比值，其幅角便是相应两列波的相位差。无论何种情况，透射率总是正实数，其幅角为0。说明折射时没有出现相位的突变。相位关系如果将公式中的振动量作为复振幅处理，则反射率、透射率36临界角但反射率较为复杂临界角但反射率较为复杂3700000 0 反射光的相位关系00000 0 反射光的相位关系38垂直入射Eye从光疏到光密，反射引起的相位突变，相当于产生了/2的附加光程差，称为半波损失。光密到光疏，没有半波损失垂直入射Eye 从光疏到光密，反射引起的相位突变，相当于产39掠入射Eye反射光有半波损失。如果从光密介质到光疏介质，入射角大于全反射临界角，情况复杂。掠入射Eye 反射光有半波损失。如果从光密介质到光疏介质，40只有第一列反射光产生了半波损失透射光都不需要考虑半波损失只有第一列反射光产生了半波损失透射光都不需要考虑半波损失41Stocks倒逆关系 入射波振幅为A。r，r，t，t：界面对复振幅的反射率和透射率。光路可逆原理。Stocks倒逆关系Stocks倒逆关系 入射波振幅为A。光路可逆原理。Sto42获得平面偏振光的方法 由自然光得到平面偏振光 1利用偏振片，偏振度12利用菲涅耳公式，由反射和折射产生获得平面偏振光的方法 由自然光得到平面偏振光 43反射光中只有S分量，为线偏光。布儒斯特角iB 透射光为部分偏振光，其中S分量较弱。利用菲涅耳公式布儒斯特角定律 反射光中只有S分量，为线偏光。布儒斯特角iB 透射光为部分44以布儒斯特角射向玻璃平板透射光中没有S分量 透射光中P分量保持不变 以布儒斯特角射向玻璃平板透射光中没有S分量 透射光中P分量保45玻璃片堆玻璃片堆46布儒斯特窗反射镜透反射镜分量S分量S分量激光器的谐振腔 布儒斯特窗反射镜透反射镜分量S分量S分量激光器的谐振腔 47光的偏振和晶体的双折射课件48光的偏振和晶体的双折射课件49光的偏振和晶体的双折射课件50