(精品)第五章_光的偏振

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,*,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,*,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,*,南华大学数理学院,动画演示,总目录,下一页,上一页,返回,结束,辅助课件,主目录,第五章 光的偏振,5.1,自然光与偏振光,第五章 光的偏振,5.2,线偏振光与部分偏振光,5.3,光通过单轴晶体时的双折射现象,5.4,光在晶体中的波面,5.5,光在晶体中的传播方向,5.6,偏振器件,5.7,椭圆偏振光与圆偏振光,5.8,偏振态的实验检验,5.9,偏振光的干涉,5.1,自然光与偏振光,横波,波的振动方向与传播方向,相互垂直,。,纵波,波的振动方向与传播方向,相同,。,波的振动方向对传播方向,具有对称性,。,波的振动方向对传播方向,没有对称性,偏振,一、光的偏振性,光的偏振态,在,垂直于光传播方向的平面内,光矢量,的振动状态。,线偏振光,E,播,传,方,向,振,动,面,面对光的传播方向看,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：,E,E,y,E,x,y,x,线偏振光的表示法：,光振动垂直板面,光振动平行板面,二,.,自然光与偏振光,没有优势方向,自然光的分解,一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、,不相干,的线偏振光。,自然光的表示法：,5.2,线偏振光与部分偏振光,一、由二向色性产生平面偏振光,1.,二向色性,对相互垂直的振动的具有不同吸收本领的特性。,偏振片,起偏器,用来产生线偏振光,检偏器,用来检验偏振光,2.,马吕斯定理,P,2,A,1,P,2,A,2,=A,1,cos,马吕斯定律,（,1809,）,消光,线偏振光,I,1,P,1,透振方向,非偏振光,I,0,书,P,215,页，例,5.1,将两块理想的偏振片,P,1,和,P,2,共轴放置如图所示，然后将强度为,I,1,的自然光和强度为,I,2,的线偏振光同时垂直入射到,P,1,上，从,P,1,透射后又入射到偏振片,P,2,上，试问：,（,1,）,P,1,不动，将,P,2,以光线为轴转动一周，从系统透射出来,的光强将如何变化？,（,2,）欲使从系统透射出来的光强最大，应如何放置,P,1,和,P,2,？,P,2,自然光,I,1,线偏振光,I,2,P,1,透振方向,解,：,已知自然光强,I,1,，线偏振光光强,I,2,，设线偏振光,振动方向与,P,1,透振方向夹角为,则，经,P,1,后透射光强为,经,P,2,后透射光强为,（,2,）,由（,1,）中讨论可知，,当,=0,，,180,且,=0,时，系统光强最大。,先固定,P,1,，转动,P,2,使透射光强达到最大；,然后同步转动,P,1,和,P,2,，使透射光强达到最大即可。,（,1,）将,P,2,转动一周，可得,时，光强最大,时，光强最小,二、反射光的偏振态,1.,布儒斯特角,当,r,p,=0,即反射光中无平行分量，,成为,平面偏振光。,用,i,10,表示,i,10,布儒斯特角,p,分量,振动方向平行于入射面,s,分量,振动方向垂直于入射面,n,1,n,2,i,10,i,1,i,2,S,分量,P,分量,2.,部分偏振光,平面偏振光,+,自然光,表示法：,最常讨论的部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合，,分解,非相干,平行板面的光振动较强,垂直板面的光振动较强,天空的散射光和水面的反射光,就是这种部分偏振光，它可以分解如下：,自然光不以,布儒斯特角入射：,自然光反射和折射后成为,部分偏振光,n,1,n,2,i,1,i,1,i,2,S,分量,P,分量,实验上很难,以准确的布儒斯特角入射，使反射光成平面偏振光。一般用,玻璃堆,，使,透射光,成平面偏振光。,例：,若,n,1,=1.00(,空气,),，,n,2,=1.50(,玻璃,),，则：,利用玻璃堆获得偏振光：,一次反射,空气玻璃：,玻璃空气：,互余,i,0,(,接近线偏振光,),玻璃片堆,布儒斯特窗,M,反射镜,G,反射玻璃,1,B,2,B,i,b,i,b,i,b,称为,布儒斯特窗,在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃,也可获得透射的完全偏振光,为提高激光的输出功率，在有些激光器中也采用布儒,斯特角的装置,例题,：画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。,3.,偏振度,偏振度,自然光,P=0,线偏振光,P=1,部分偏振光,0P1,书,P.217,例,5.2,通过偏振片观察一束部分偏振光。当偏振片由对应透射光强最大位置转过,60,时，其光强减为一半。试求这束部分偏振光的强度之比和光束的偏振度。,解,：,设部分偏振光分为自然光强为,I,n,和强度为,I,p,的线偏振光的叠加。,经偏振片,P,后透射光强最大为,(,=0,),P,I,p,偏振片转动,60,(,=60,),后,透射光强为,由题意，,即,整理得，,偏振度,5.3,光通过单轴晶体时的双折射现象,一、双折射现象,2.,寻常（,o,）光和非寻常（,e,）光,自然光入射到,各向异性介质中，,折射光分成两束的现象,。,1.,双折射,i,n,1,n,2,r,o,r,e,(,各向异,性介质,),自然光,o,光,e,光,o,光：,遵从折射定律,o,光折射线在入射面内。,e,光：,一般不遵从折射定律,e,光折射线也不一定在入射面内。,象,折射现,双,折射现,方解石晶体,CaCO,3,纸面,双折射会映射出双像：,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,o,光的像,e,光的像,当方解石晶体旋转时,o,光的像不动，,e,光的像围绕,o,光的像旋转。,二、光轴、主平面和主截面,特定的方向,，晶体中光沿这个方向传播时，,不发生双折射现象,。,例如，方解石晶体（冰洲石）,由,钝隅,引出的与三个棱边成等,角的方向就是,光轴。,A,B,102,78,沿,此方向的直线,均为,光轴。,1.,光轴,沿光轴方向传播,n(,)=n,o,沿垂直于光轴方向传播,n(,)=n,e,n(,),为,e,光的折射率,光轴,单轴晶体：,只有一个光轴的晶体，,如方解石、石英。,双轴晶体：,有两个光轴的晶体，,如云毋、硫磺、黄玉。,2.,主平面,晶体中,光的传播方向与晶体光轴构成的平面,o,光,光轴,o,光的,主平面,e,光,光轴,e,光的,主平面,叫该光线的,主平面。,o,光的振动面,垂直于,o,光的主平面,e,光的振动面,平行于,e,光的主平面,一般，,o,光与,e,光,的,主平面,不重合。,如果光轴在入射面内，,两主平面重合,，则,o,光与,e,光的振动方向相互垂直,。,注：,若光线的,入射面,与,主截面,重合，则它们的,主平面,互相,重合，也和,主截面及入射面,重合,晶体表面的,法线,与晶体,光轴,构成的平面。,3,主截面,注：,若两平面夹角很小，常常将,o,光与,e,光的振动方向,看作,近似垂直。,三、,o,光与,e,光的相对光强,1.,自然光入射,光轴,e,方解石,o,I,考虑垂直入射的特殊情况（光轴在入射面内）,2.,线偏振光入射,A,e,A,o,（底面投影图）,以入射光为轴旋转晶体，主截面随之转动，即,改变。,=0,，,I,0,=0,I,e,=I,=90,，,I,0,=I,I,e,=0,书,P,225,页,，,例,5.4,强度为,I,的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到,另一块完全相同的晶体上。两块晶体的主截面之间的夹角为,，,试求当分别等于,30,和,180,时，最后透射出来的光束的相对强,度（不考虑反射、吸收等损失）。,解,：,经第一块晶体后：,经第二块晶体后,相对强度为,z,1,z,2,z,1,z,2,经第二块晶体后,由于两块晶体相同，两主截面夹角为,180,，此时它们,光轴方向关于表面法线对称，则,e,光在第一块晶体中的,偏折方向与在第二块晶体中的偏折方向相反，因而从,第二块晶体出射的,o,光和,e,光传播方向重合，成为一束,自然光。其强度为：,z,1,z,1,