波动光学光的偏振课件

返 回,上 页,下 页,光是电磁波，起视觉效应的是电场矢量(,光矢量,),偏振态:,光矢量的振动状态,五种偏振态：,自然光，线偏振光,部分偏振光,椭圆偏振光,圆偏振光,7-1 自然光和偏振光,在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光振动，且,各个方向光矢量的振幅相等,的光,1.自然光,（,Natural Light,）,2.线偏振光,（,Linearly Polarized Light,）,光矢量只沿,一个固定方向振动,的光(又称,平面,偏振光),振动面,光矢量,3.部分偏振光,（,Partially Polarized Light,）,在垂直于光传播方向的平面内，各方向都有光振动，但,振幅不等,的光,在垂直于光的传播方向的平面内，,光矢量,以一定的频率,旋转,。矢量,端点轨迹,为椭圆时称其为,椭圆偏振光,，轨迹为圆时称其为,圆偏振光,4.圆偏振光和椭圆偏振光,偏振片,7-2 起偏与检偏 马吕斯定律,偏振片,（Polaroid）,：,吸收某方向光振动，而与其垂直方向的光振动能通过的装置,偏振化,方向,偏振化方向：,能通过光振动的方向,一.起偏与检偏,利用偏振片检验光线的偏振化程度，称为,检偏,自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为,起偏,起偏,检偏,二.马吕斯定律,（Malus law）,-马吕斯定律,=0,或,=180,0,时,I,2,=,I,1,光强最强,讨论：,=90,0,或,=270,0,时,I,=0,光强最弱,例1,两平行放置的偏振片,偏振化方向成,30,0,角,自然光,垂直,入射后,透射光与入射光的,强度之比,为多少?(分别讨论无吸收和,10%,的吸收的情况),解：,无吸收时,根据马吕斯定律,10%吸收,时,例2,如图,偏振片,P,1,、,P,2,，现以,I,1,的自然光和,I,2,的线偏振光同时垂直入射于,P,1,，在,E,处观察通过,P,1,和,P,2,后的光强。(1),P,1,任意放置,将,P,2,以光线方向为轴转动一周,计算并讨论这时在,E,处所观察到的光强变化情况；(2)要在,E,处得到最大光强,应如何实现?,解：,设,P,1,、,P,2,的偏振化方向夹角为,入射线偏振光振动方向与,P,1,的,偏振化,方向,夹角为,线偏振光：,因,I,1,和,I,2,是非相干光,即在,E,处观察到的光强随,P,2,的转动而,周期性,变化,对自然光：,在,E,处得到最大光强，须同时满足,则,时,时,7-3 反射和折射时光的偏振,一.部分偏振现象,自然光在两,各向同性,媒介分界面上反射和折射时，,反、折,射光均成为,部分偏振光,特点：,反,射光,垂直,入射面的,振动较强,，,折,射光,反,之,二.布儒斯特定律,布儒斯特角,由折射定律,1812年布儒斯特发现，当入射角为某特定值,时（,），,反,射光为振动方向,垂直,于入射面的,线偏振光,-布儒斯特定律,说明：,让,自然光,通过玻璃片,堆,，可使,折射光,的偏振化程度增加。玻璃片,足够多,时，可使,折射光为完全偏振光,反,射光光强,较弱,，,折,射光,较强,(它包含了,全部,的,平行,分量和,大部分,的,垂直,分量),i=i,0,=tg,-1,n,21,时，,反,射光为,线偏振,光，而,折射光仍然是部分偏振光,反射光与折射光,垂直。,布儒斯特窗：,例3,将一介质平板放在水中,板面与水平面的夹角为,，如图。已知折射率,n,水,=1.333,，,n,介质,=1.681,，要使水面和介质面反射光均为线偏振光,求,解：,如图所示,根据布儒斯特定律,又,1669年，巴托里奴斯（,Bartholinus,）发现：通过,方解石,（冰洲石，即CaCO,3,）观察物体时，物体的像是,双重,的。,各向,异性,媒质（如方解石，石英等）时，将产生特殊的折射现象。,各向,同性,媒质（如空气，水，玻璃等）中遵从折射定律。,一.双折射现象,（Double Refraction）,双,折 射,双 折,双 折,方解石晶体,寻常光(o光,ordinary,)：,遵守折射定律,非常光(e光,extraordinary,)：,不遵守折射定律,7-4 光的双折射现象,当方解石晶体旋转时，,o,光不动，,e,光围绕,o,光旋转,二.双折射光的偏振特点,1.,概念,只有一个光轴(如方解石、石英)的晶体为,单轴晶体,；有两个光轴(如云母、硫磺)的晶体为,双轴晶体,光轴,(Optical Axis),：,光线在晶体中沿某一方向传播时,不发生双折射,现象，,这,一方向,称为晶体的光轴,102,A,D,78,102,102,102,78,如：,天然方解石晶体,主平面,（,principal plane,）,：,e,光,光轴,o,光,光轴,o,光的主平面,e,光的主平面,晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面,。,说明,(1),光轴在入射面,时,，,o,光主平面和,e,光主平面,重合,。,(2),一般情况两个主平面并,不重合,。,(3),o,光和,e,光的光矢量方向,相互垂直,。,光轴,法线,o,光,e,光,e,光,不,一定在,入射面,内，,o,光和,e,光的,主平面并不,重合,2.特点,o,光和,e,光均为,线偏振,光,o,光的振动方向垂直于它自己的主平面，,e,光的振动方向平行于它自己的主平面,o,光,光轴,光轴位于,入射面内,o,光和,e,光,主平面重合,(一般夹角很小)，此时,o,光与,e,光的振动方向相互,垂直,光轴,e,光,光轴,三.双折射现象的解释,原因:,o,光,在晶体内的,速度,是,各向同性,的,而,e,光,却是,各向异性,的,o,光：,子波波面为,球面,.,e,光：,子波波面为,椭球面,正晶体,(positive crystal),负晶体,(negative crystal),两光线只有在,光轴方向速度相等,，故两球面在,光轴处相切,。,光轴,光轴,惠更斯原理解释（,光轴,在入射面内）,斜射,至晶体表面,的平面波（,光轴,与表面,斜交,）,平面波,入射,（光轴与表面斜交）,光轴,光轴,平面波入射，而,光轴,与晶体表面,平行,平面波入射，而,光轴,与晶体表面,垂直,加拿大树胶,四.尼科尔棱镜,方解石晶体,光轴,对,e,光,，疏,密,对,o,光,，密,疏,全反射,线偏振光,o,e,e光,o光,o光,e光,五、渥拉斯顿棱镜,出射的是两束分得很开的振动方向,相互垂直,的,线偏振光,六、晶体的二向色性,二向色性：某些晶体对振动垂直的,o,光和,e,光有,不同 吸收,的性质。,利用晶体的二向色性可以从自然光中获得线偏振光。,利用晶体的这种性质,（二向色性）,可以制作偏振片。,尼科尔棱镜,波动光学部分,结束,