大学物理课件---8光的偏振g

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,大学物理学,*,光的偏振,8-7,1,大学物理学,一,、自然光,和,偏振光,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,的光振,动,。,自然光的表示法：,光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。,1.自然光,2,大学物理学,振动面,：光的振动方向与光的传播方向构成的平面。,偏振,:,波,的振动方向相对传播方向的不对称性。,光矢量,振动面,v,0,H,E,光的偏振态,:,光矢量在与光传播方向垂直的,平面内的振动状态。,2.线偏振光和,部分偏振光,偏振方向:,光矢量 的方向,3,大学物理学,光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。,一束,线偏振光,可分解为两束振动方向相互垂直的、,等幅的、,相干,的线偏振光,。,E,E,y,E,x,y,x,线偏振光(,完全偏振光,),E,播,传,方,向,振,动,面,4,大学物理学,线偏振光的表示法：,光振动平行板面,光振动垂直板面,5,大学物理学,部分偏振光,是,自然光,与,线偏振光,的混合,部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、,不等幅的,、,不相干,的线偏振光,。,部分偏振光的表示法：,平行板面的光振动较强,垂直板面的光振动较强,部分偏振光的分解,部分偏振光,6,大学物理学,偏振度：,讨论：,部分偏振光,自然光,完全偏振光,自然光强度,完全偏振光强度,7,大学物理学,椭圆偏振光,：光矢量末点的运动轨迹是正椭圆或斜,椭圆。在迎光矢量图上，光矢量端点沿逆时针方向,旋转的称为左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为,右旋偏振光。,圆偏振光,3.椭圆偏振光和圆偏振光,线偏光,椭圆偏振光,8,大学物理学,椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，,均可等效,为两个具有恒定相位差、相同振动频率、振动方向,相互垂直的线偏振光。,9,大学物理学,二,、,起偏和检偏,起偏,：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。,检偏,：检查入射光的偏振性。,透,光,轴,方,向,自然光,偏振片,线偏振光,1、偏振片的起偏和检偏,将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，确定光的偏振性。,10,大学物理学,线偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化，有消光现象,11,大学物理学,自然光通过旋转的检偏器，光强不变。,12,大学物理学,部分偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化。,13,大学物理学,自然光通过起偏器，成为线偏光,注意自然光通过偏振片后光强的变化,14,大学物理学,I,?,P,待检光,I,不变,？是什么光,I,变，有消光,？是什么光,I,变，无消光,？是什么光,15,大学物理学,如果入射线偏振光的光强为,I,1,，,透过检偏器后，透射光的光强,I,为,三、,马吕斯,定律,-,线偏振光的振动方向与检偏器的透射轴方向,之间的夹角。,E,1,E,1,cos,检偏器,透射轴,线偏振光,振动方向,消光,16,大学物理学,光强的调制。在透振方向正交的起偏器,M,和检偏器,N,之间，,插入一片以角速度 旋转的理想偏振片,P,，,入射自然光强为,试求由系统出射的光强是多少？,每旋转偏振片,P,一周，输出光强有“四明四零”。,t=0,0,90,0,180,0,270,0,时，,输出光强为零。,t=45,0,135,0,225,0,315,0,时，,输出光强为 。,17,大学物理学,四、布儒斯特定律-,-,反射光和折射光的偏振,自然光,部分,偏振光,反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化,部分,偏振光,18,大学物理学,这时反射光成为其振动方向垂直于入射面的线偏振光。,布儒斯,特定律,反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一,特定值,i,0,且满足,自然光,线偏振光,部分偏振光,起偏振,角,布儒斯特角,19,大学物理学,利用,玻璃片堆,产生线偏振光,i,b,(,接近线偏振光,),玻璃片堆,最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光,20,大学物理学,方解石晶体,实验一,在,各向同性的介质中,S,是点物,S,的象,天然的方解石晶体是双折射晶体,实验二,A,B,S,S,1、,双折射,现象,五,、,晶体,的双折射,21,大学物理学,光,光,当方解石晶体旋转时,o,光不动，,e,光围绕,o,光旋转,双,折,射,纸面,方解石,晶体,22,大学物理学,光,光,双,折,射,当方解石晶体旋转时,o,光不动，,e,光围绕,o,光旋转,纸面,方解石,晶体,23,大学物理学,光,光,当方解石晶体旋转时,o,光不动，,e,光围绕,o,光旋转,双,折,射,纸面,方解石,晶体,24,大学物理学,光,光,当方解石晶体旋转时,o,光不动，,e,光围绕,o,光旋转,双,折,射,纸面,方解石,晶体,25,大学物理学,对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。,n,1,n,2,i,r,o,r,e,(各向异,性媒质),自然光,寻常光,：对于晶体一切方向都具有相同的折射率(即波 速相同），且在入射面内传播，简称它为,O,光。,寻常光线,(,o,光)-,遵守折射定律,非常光,：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且,不一定在入射面内传播，简称为,e,光。,非常光线,(,e,光)-,不遵守折射定律,o,光和,e,光都是线偏振光。,26,大学物理学,2,、,光轴,与主平面,当光在晶体内沿某个特殊方向传播时,不发生双折射,，该方向称为,晶体的光轴,。,“,光轴,”,是一,特殊的,“,方向,”,不是指一条直线。,凡平行于此方向的直线均为光轴。,单轴晶体,：只有一个光轴的晶体,双轴晶体,：有两个光轴的晶体,A,B,光轴,102,27,大学物理学,主平面,：,晶体中,某条光线,与,晶体光轴,构成的平面。,e,光,光轴,e,光的,主平面,o,光,光轴,o,光的,主平面,o,光的振动面,垂直,于,o,光的主平面,e,光的振动面在,e,光的主平面内,主,折射率:,o,光的传播速率用 表示,其,折射率,用 表示.,e,光沿垂直于光,轴,方向上的,传播速率用 表示,折射率用 表示,28,大学物理学,双折射现象的应用,3.,尼科耳棱镜,光轴在,ABCD,平面内方向与,AB,成48,0,，入射面取,ABCD,面,两块特殊要求加工的直角方解石，如图：,加拿大树胶的折射率,n,=1.55,，,O,光入射角大于其临界角,arc sin(1.55/1.658)=69,0,12，,被全反射，在,BD,处为涂黑层所吸收。,出射偏振方向在,ABCD,平面,内的偏振光。,方解石的折射率,n,0,=,1.658,A,B,D,C,e,76,0,O,22,0,68,0,48,0,29,大学物理学,六.,晶体相移器件，,圆和椭圆偏振光的起偏,波,片(,波,晶片),相位延迟片,波,片,是光轴平行表面的晶体薄片。,.,.,.,.,晶,面,光轴,d,o,e,30,大学物理学,A,o,A,e,光轴,P,d,y,x,线偏振光,光轴,通过厚为,d,的晶片，,o,、,e,光产生,光程,差,和,相位差：,振幅关系,从晶片出射的是两束,传播方相同,、,振动方向相互垂直,、,频率相等,、,相位差,的线偏振光，它们合成为一束,椭圆偏振光,。,31,大学物理学,(1)四分之一波片,线偏振光圆偏振光,线偏振光线偏振光,从线偏振光获得椭圆或圆偏振光,（或相反）,线偏振光椭圆偏振光,32,大学物理学,(2)二分之一波片,使线偏振光振动面转过2,角度,A,0,入,A,0,出,A,入,A,出,A,e,入,=,A,e,出入,光轴,33,大学物理学,.,.,.,.,透光轴相互垂直,8-8,偏振光的干涉,一.偏振光干涉装置,二.偏振光干涉的分析,1.振幅关系,P,2,P,1,C,A,1,A,e,A,o,A,2,o,A,2,e,34,大学物理学,在,P,2,后，两束光振动方向平行，振幅为：,P,2,P,1,C,A,1,A,e,A,o,A,2,o,A,2,e,是一对振幅相等的相干光,通过晶体,C,后,此两束光合成为一束椭圆偏振光,通过,P,2,后,（若,P,1,、,P,2,夹角小于,，则无附加相差,）,2.相位关系,35,大学物理学,相长干涉,相消干涉,若单色光入射,且,d,不均匀,则屏上出现等厚干涉条纹.,三.色偏振,白光入射，晶片,d,均匀,屏上,由于某种颜色干涉相消，而呈现它的,互补色,这叫（显）,色偏振,。,若,d,不均匀，则屏上出现彩色条纹。,如,红色,相消,绿色,；,蓝色,相消,黄色,，,36,大学物理学,一、电光,效应(克尔效应),某些非晶体和液体在与入射光方向垂直的强电场,作用下，呈现双折射现象.,8-9,电磁场的光效应和,旋光现象,在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性,.,.,透光轴相互垂直,液体,37,大学物理学,通过厚为,l,的,液体后,，,o,、,e,光产生相位差：,如,平行板所加电压为,U,当外电场撤消时，这种性质立即消失.,若去掉盒内电场，则没有光从 透出。,整个系统起“,光开关,”的作用。,38,大学物理学,通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。,由于电光效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达10,-9,m/s。,“,光开关”,“光调制器”“光断续器”有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。,39,大学物理学,.,.,透光轴相互垂直,电光晶体,+,_,泡,克尔,斯,效应,某些单轴晶体放在正交,偏振,片之间,在加电场后,使它引起,感生双折射,.,40,大学物理学,二、,旋光现象,对,某些,晶体,当,线偏振光,沿其光轴方向传播时,虽然不发生,双折射,，,但,出射,偏振光的振动面,相对于原入射光的,振动面旋转,了,一定的角度,，这种现象称为,振动面的旋转,，也称,旋光现象,。,未放置,C,，,P,2,后视场黑暗,放置,C,后，旋转,P,2,一定角度，视场又变黑暗,.,.,41,大学物理学,1,、,不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面,向不同方向旋转。,2,、,振动面的旋转角,与波长有关，,波长给定则与旋光物质的厚度,d,有关。,3,、,偏振光通过旋光,性液体(如,糖溶液、松节油)时，振动面的旋转角,线偏光电振动方绕着光的传播方向旋转过某一角度,.,在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转,的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光。,42,大学物理学,三、磁光,效应,透明,介,质,在磁场作用下会产生,旋光,性,这种由磁场引,起的,振动面旋转,的,现象，称,为,磁,致,旋光,也称,法拉第,旋,转效应,。,.,.,磁,致,旋光,效应中,振动面,的,旋转角,度,与光在介质中通过的距离,以及介质内的磁感应强度,B,成正比.,43,大学物理学,当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋转过2,，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。,44,大学物理学,