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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,9,光的横波性与五种偏振态,1,光的偏振现象,1,）光的偏振的含义,光波振动方向的不全面和振幅,不均等的现象称为光的偏振现象,第二章 波动光学基本原理,9 光的横波性与五种偏振态1光的偏振现象1）光的偏振的含,1,2,）偏振片,（,1,）晶体的二向色性（选择吸收性）,（,2,）偏振片及其透振方向和消光方向,（,3,）偏振片的制造,（,4,）偏振片的起偏和检偏性能,2）偏振片（1）晶体的二向色性（选择吸收性）（2）偏振片及其,2,2,光的横波性,1,）机械波的横波性的检验,2,）光波的横波性的检验,2光的横波性1）机械波的横波性的检验2）光波的横波性的检验,3,3,光的五种偏振态,1,）光是横波，才有不同的偏振状态,2,）光波的五种偏振态：,线偏振光、自然光、部分偏振光、,圆偏振光和椭圆偏振光。,4,线偏振光,1),线偏振光的定义：,3光的五种偏振态1）光是横波，才有不同的偏振状态2）光波的,4,在垂直光传播方向的平面上，只有单一,方向的振动矢量，随着时间的推移，振,动矢量只改变大小、不改变方向。,在垂直光传播方向的平面上，只有单一,5,线偏振光：,光矢量,E,只沿一个固定方向振动。,线偏振光：光矢量 E 只沿一个固定方向振动。,6,2),振动面与平面偏振光,振动面：,线偏振光的传播方向与,振动方向构成的平面。,同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一,振动面上，又称线偏振光为,平面偏振光,。,线偏振光是偏振程度最强的光，又称线偏振,光为,全偏振光,。,2)振动面与平面偏振光振动面：同一波线上的线偏振光的光振动均,7,3,）线偏振光通过偏振片后的光强度,若入射的线偏振光强为：,旋转偏振片,P,一周，,出射光强的变化为：,线偏振光,存在一个消光方向,在垂直,P,的透振方向上,3）线偏振光通过偏振片后的光强度若入射的线偏振光强为：旋转,8,4,）马吕斯定律,称上式为马吕斯定律,注意：,（,1,）只适用于线偏振光,（,2,）马吕斯定律公式上的,三角函数项是平方项。,由于：,就有：,4）马吕斯定律称上式为马吕斯定律注意：（1）只适用于线偏振,9,5,）起偏器和检偏器,起偏器：,任何偏振态的光通过后透射,光都变为线偏振光的器件。,检偏器：,检查入射光偏振态的器件,线偏振射光通过此器件后光,强变为零,。,偏振片既是起偏器，又是检偏器。,5）起偏器和检偏器起偏器：任何偏振态的光通过后透射检偏器：检,10,自然光通过偏振片后，光强为原来的二分之一。,旋转起偏器，屏幕上光强不变。,自然光通过偏振片后，光强为原来的二分之一。,11,检偏器旋转一周，透射光光强出现两次最强，两次,消光,，说明入射到,P,2,上的光是线偏振光。,P,2,P,1,检偏器旋转一周，透射光光强出现两次最强，两次消光，说明入,12,6,）一束线偏振光可以分解为两束,互相垂直的线偏振光,6）一束线偏振光可以分解为两束,13,若将 带入参量方程消去参量,t,，,就有：，这正是直线方程,结论：,（,1,）线偏振光可以分解为两个互相垂直,的相位差为,0,或 的线偏振光，,（,2,）可以由这两束线偏振光代替这束线偏振光。,若将 带入参量方程消去参量t，,14,5,自然光,1,）自然光的定义：,在垂直光传播方向的平面上，,所有方向均有横振动，,各个方向的振动幅度均相等，,形成如图所示的轴对称振幅分布。,5自然光1）自然光的定义：在垂直光传播方向的平面上，各个方,15,自然光：,由于原子发光的独立性与随机性，对于普通光源所发的光，光矢量分布各向均匀。,各光矢量之间无固定的相位关系。,可用两个相互垂直的光矢量表示自然光，但两者之间也无固定的相位关系。,自然光：由于原子发光的独立性与随机性，对于普通光源所发的光，,16,2,）自然光通过偏振片后的光强度,若入射的自然光强为：,自然光,旋转偏振片,P,一周，出射光强均为：,2）自然光通过偏振片后的光强度若入射的自然光强为：自然光旋,17,（非相干迭加）,（非相干迭加）,18,3,）试证明自然光通过偏振片后,出射光强为入射光强的一半。,自然光由无数条非相干的线偏振光组成,数密度：,单位夹角内包,含的 线偏振光的条数,角内包含的线偏振,光的条数：,3）试证明自然光通过偏振片后自然光由无数条非相干的线偏振光组,19,角内包含的线偏振光的总强度：,入射的自然光的总光强：,设偏振片的透振方向与 角内线偏振光,的夹角为：,依据马吕斯定律：,角内包含的线偏振光的总强度：入射的自然光的总光强：设偏振,20,角内的线偏振光通过偏振片后的光强为：,透过偏振片后自然光的光强变为：,因此有：,注意：已经将公式中的 改写为,角内的线偏振光通过偏振片后的光强为：透过偏振片后自然光的光,21,6,部分偏振光,1,）部分偏振光的定义：,在垂直光传播方向的平面上，,所有方向均有横振动，但不同,方向的振动幅度不相等，形成,如图的振幅分布。,6部分偏振光1）部分偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上,22,部分偏振光,:,介于线偏振光与自然光之间的情形，可看成线偏振光与自然光的混合。,部分偏振光:介于线偏振光与自然光之间的情形，可看成线偏振光与,23,若入射的部分偏振光强为,旋转偏振片,P,一周，出射光强的变化为：,与 的振动方向互相垂直,，没有消光现象出现,部分偏振光,2,）部分偏振光通过偏振片后的光强度,若入射的部分偏振光强为 旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：,24,3,）部分偏振光的总光强,4,）偏振度：,时，为自然光,时，是线偏振光,注意：,与 是所有线偏振光在这两个互相,垂直方向上的投影分量的非相干叠加。,3）部分偏振光的总光强 4）偏振度：时，,25,P,1,例题,1,自然光通过两个偏振化方向的夹角为,60,的偏振片后，透射光强为,I,.,若在两偏振片间再插入另一偏振片，它与前两者的偏振化方向的夹角均为,30,，则此时透射光光强为多少？,I,P,解,I,0,I,1,P1例题1 自然光通过两个偏振化方向的夹角为 60的,26,P,1,I,P,I,0,P,2,I,1,I,2,P1IPI0P2I1I2,27,例题,2,一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一转动的偏振片时，透射光光强的最大值是最小值的,5,倍。求入射光中自然光和线偏振光的光强各占入射光光强的几分之几？,解,设入射光光强为,I,0,，其中自然光光强为,I,10,，,线偏振光强度为,I,20,设通过偏振片后的光强分别为,I,，,I,1,，,I,2,为什么？,例题2 一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一转,28,例题,3:P309,例,5.1,例题3:P309例5.1,29,7,圆偏振光,1,）圆偏振光的定义：,在垂直光传播方向的平面上，,只有单一的振动矢量，,振动矢量的大小不变，,振动方向匀速转动，,振动矢量的端点描绘成一个圆形轨迹。,7圆偏振光1）圆偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，振,30,2,）圆偏振光通过偏振片后的光强度,若入射光强为：,圆偏振光,旋转偏振片,P,一周，,出射光强不变化,2）圆偏振光通过偏振片后的光强度若入射光强为：圆偏振光旋转,31,3,）圆偏振光能够分解成两束互相,垂直的线偏振光,A,3）圆偏振光能够分解成两束互相A,32,若将 带入方程，消去参量,t,就有：，正是圆方程。,结论：,（,1,）圆偏振光可以分解为两个互相垂直,的振幅相等、相位差为,的线偏振光。,（,2,）可以由这两束线偏振光来代替,这束圆偏振光。,若将 带入方程，消去参量t,33,4,）圆偏振光的总光强：,5,）左旋圆偏振光与右旋圆偏振光,（,1,）定义：,迎着光线传播方向观看，,若振动矢量 顺时针旋转就称为,右旋圆偏振光，此时：,若振动矢量 逆时针旋转就称为,左旋圆偏振光，此时：,4）圆偏振光的总光强：5）左旋圆偏振光与右旋圆偏振光（1）,34,（,2,）证明：,若圆偏振光的 ，,则振动矢量 逆时针旋转。,证明：,已知：,如图所示，由 到,旋转走向为逆时针方向。,（2）证明：若圆偏振光的 ，,35,8,椭圆偏振光,1,）椭圆偏振光定义：,在垂直光传播方向的平,面上，只有单一的振动,矢量，振动矢量的大小,和方向不断地改变，,振动矢量的端点描绘成,一个椭圆形轨迹。,8椭圆偏振光1）椭圆偏振光定义：在垂直光传播方向的平,36,2,）椭圆偏振光通过偏振片后的光强度,椭圆振光,若入射的部分偏振光强为,旋转偏振片,P,一周，出射光强的变化为：,与 的振动方向垂直。,没有消光现象出现,2）椭圆偏振光通过偏振片后的光强度椭圆振光若入射的部分偏振光,37,3,）椭圆偏振光能够分解成两束互相,垂直的线偏振光,当 时，,A,3）椭圆偏振光能够分解成两束互相当,38,若消去参量方程中的,t,有：,这正是椭圆方程式,结论：,（,1,）椭圆偏振光可以分解为两个互相,垂直的振幅不相等的相位差固定、,但不等于 或,0,的线偏振光。,（,2,）可以由这两束线偏振光来代替这,束椭圆偏振光。,若消去参量方程中的t 有：这正是椭圆方程式 结论：（1）椭,39,4,）椭圆偏振光的总光强：,5,）左旋与右旋椭圆偏振光,定义：,迎着光线传播的方向观看，,若振动矢量 顺时针旋转就称为,右旋椭圆偏振光,，,若振动矢量 逆时针旋转就称为,左旋椭圆偏振光。,4）椭圆偏振光的总光强：5）左旋与右旋椭圆偏振光定义：迎着,40,6,）各种相位差对应的椭圆偏振态图,（,1,）当坐标系为如图所示时,（,2,）参量方程为：,6）各种相位差对应的椭圆偏振态图（1）当坐标系为如图所示时（,41,（,3,）就有如下的各种相位差对应的椭圆偏振态图,（,4,）若参量方程用复振幅表示，则为：,，,。,，,（3）就有如下的各种相位差对应的椭圆偏振态图（4）若参量方程,42,7,）自然光能够分解成两束线偏振光,两束线偏振光的关系是：,（,1,）分解的方向可以任意，但两束线偏振光,的方向必须互相垂直,（,2,）两束线偏振光的光强相等，均为,（,3,）两束线偏振光的相位差随时间变化，,不稳定。,（,4,）可以用分解成的两束线偏振光代替,这束自然光,7）自然光能够分解成两束线偏振光两束线偏振光的关系是：（1）,43,8,）为什么自然光只能由相位差不,稳定的两束线偏振光代替。,若两束线偏振光之间有稳定的相位差，,就能合成线偏振光、圆偏振光或椭圆偏,振光，不是自然光了。,9,）部分偏振光能够分解成两束线偏振光,两束线偏振光的关系是：,8）为什么自然光只能由相位差不若两束线偏振光之间有稳定的相位,44,（,1,）分解的方向可以任意，但两线偏振,光的方向必须互相垂直,（,2,）两束线偏振光的光强分别为 与,（,3,）两束线偏振光的相位差随时间变化，,不稳定。,（,4,）可以用分解成的这两束线偏振光代替,这束部分偏振光,（1）分解的方向可以任意，但两线偏振（2）两束线偏振光的光强,45,
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