第十章光的偏振2ppt課件

1、本章教學(xué)要求：本章教學(xué)要求： 了解自然光和線偏振光。了解線偏振光的獲得方法了解自然光和線偏振光。了解線偏振光的獲得方法和檢驗方法。了解布儒斯特定律及馬呂斯定律。和檢驗方法。了解布儒斯特定律及馬呂斯定律。 本章重點(diǎn)：本章重點(diǎn)： 線偏振光線偏振光,馬呂斯定律馬呂斯定律,布儒斯特定律。布儒斯特定律。本章難點(diǎn)：本章難點(diǎn)：偏振光的獲得方法和檢驗方法偏振光的獲得方法和檢驗方法,布儒斯特定律布儒斯特定律12.1 自然光與偏振光12.3 反射和折射時的偏振 布儒斯特定律12.2 偏振片 起偏和檢偏前往總目錄前往總目錄一、偏振是橫波的特性波的傳播方向；橫波：振動方向垂直于播方向的不對稱性。偏振：振動方向?qū)τ趥鲗?/p>

2、縱波而言，包含傳播方向與振動方向所構(gòu)成的平面，對縱波而言，包含傳播方向與振動方向所構(gòu)成的平面，哪一個都一樣，沒有一個顯示出與另一個有什么區(qū)別或哪一個都一樣，沒有一個顯示出與另一個有什么區(qū)別或不同。稱之為：波的振動方向?qū)鞑シ较蚓哂袑ΨQ性。不同。稱之為：波的振動方向?qū)鞑シ较蚓哂袑ΨQ性。但對橫波而言，由傳播方向與振動方向所構(gòu)成的平但對橫波而言，由傳播方向與振動方向所構(gòu)成的平面，與包含傳播方向而不包含振動方向的其它平面面，與包含傳播方向而不包含振動方向的其它平面有區(qū)別。這種區(qū)別與不同稱之為：波的振動方向?qū)τ袇^(qū)別。這種區(qū)別與不同稱之為：波的振動方向?qū)鞑シ较虿痪哂袑ΨQ性。這種不對稱性稱之為偏振。傳播

3、方向不具有對稱性。這種不對稱性稱之為偏振。12-1 自然光和偏振光 光的動搖性光的動搖性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射 .光波是橫波光波是橫波 光的偏振光的偏振 .機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別機(jī)械波穿過狹縫機(jī)械波穿過狹縫二線偏振光、自然光、部分偏振光二線偏振光、自然光、部分偏振光光波是電磁波，實驗闡明：引起人的視覺或引光波是電磁波，實驗闡明：引起人的視覺或引起感光資料的光化學(xué)效應(yīng)主要是光波中的電矢起感光資料的光化學(xué)效應(yīng)主要是光波中的電矢量量 所致，因此，電矢量所致，因此，電矢量 也稱為光矢量。也稱為光矢量。EE播方向垂直。的振動方向與傳、電磁波是橫波，HEvHEXYZo1線偏振光線

4、偏振光 ：光矢量：光矢量E只限于垂直于傳播方向的某只限于垂直于傳播方向的某一確定平面內(nèi)的光又稱為平面偏振光。一確定平面內(nèi)的光又稱為平面偏振光。ZXYuEEuZXY表示：表示：或或表示：表示：平行于紙面振動平行于紙面振動垂直于紙面振動垂直于紙面振動振動面振動面光矢量光矢量(振動方向振動方向)與傳播方向所構(gòu)成的平面與傳播方向所構(gòu)成的平面 自然光自然光 ：普通光源發(fā)出的光中，包含著各個方：普通光源發(fā)出的光中，包含著各個方向的光矢量在一切能夠的方向上的振幅都相等軸向的光矢量在一切能夠的方向上的振幅都相等軸對稱這樣的光叫自然光對稱這樣的光叫自然光 . 自然光以兩相互垂直的不相關(guān)的無確定的相位自然光以兩相

5、互垂直的不相關(guān)的無確定的相位關(guān)系、振幅相等的光振動表示關(guān)系、振幅相等的光振動表示 , 并各具有一半的振動并各具有一半的振動能量能量 .留意留意 各光矢量間無固定的相位關(guān)系各光矢量間無固定的相位關(guān)系 . 二相互垂直方向是任選的二相互垂直方向是任選的 .XY自然光自然光-在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量對稱，光矢量振動沿各個方向的概率相等。對稱，光矢量振動沿各個方向的概率相等。E表示：表示：在垂直于傳播方向的任在垂直于傳播方向的任意兩正交方向光矢量的意兩正交方向光矢量的平均值相等。平均值相等。結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光的隨機(jī)結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光的隨機(jī) 性所破壞

6、或掩蓋。性所破壞或掩蓋。3部分偏振光部分偏振光光矢量的平均值在某一方向上最強(qiáng)，與之垂直光矢量的平均值在某一方向上最強(qiáng)，與之垂直的方向上最弱的偏振光。的方向上最弱的偏振光。表示：表示：3部分偏振光部分偏振光光矢量的平均值在某一方向上最強(qiáng)，與之垂直的方光矢量的平均值在某一方向上最強(qiáng)，與之垂直的方向上最弱的偏振光。向上最弱的偏振光。/于紙面的光振動的平均值于紙面的光振動的平均值垂直于紙面的光振動的平垂直于紙面的光振動的平均值。均值。 于紙面的光振動的平均值于紙面的光振動的平均值平行于紙面的光振動的平平行于紙面的光振動的平均值。均值。XYE一起偏與檢偏一起偏與檢偏起偏起偏-從自然光獲得偏振光從自然光獲

7、得偏振光檢偏檢偏-檢查某束光能否是偏振光；檢查某束光能否是偏振光；起偏振器起偏振器-從自然光獲得偏振光的安裝；從自然光獲得偏振光的安裝；檢偏振器檢偏振器-檢查某束光能否是偏振光的安裝。檢查某束光能否是偏振光的安裝。二偏振片及其起偏檢偏二偏振片及其起偏檢偏1何謂偏振片何謂偏振片透明玻璃片透明玻璃片涂有金雞納霜或碧硒電涂有金雞納霜或碧硒電氣石等資料的簿膜氣石等資料的簿膜Polarizer and polarization analyzer、Malus law12-2 偏振片偏振片 馬呂斯定律馬呂斯定律 二偏振片及其起偏檢偏二偏振片及其起偏檢偏1 1何謂偏振片何謂偏振片透明玻璃片透明玻璃片涂有金雞納

8、霜或碧硒電涂有金雞納霜或碧硒電氣石等資料的簿膜氣石等資料的簿膜自然光自然光偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向具有豎直偏振方向具有豎直偏振方向的偏振膜。吸收了的偏振膜。吸收了程度方向的光振動程度方向的光振動2 2偏振片的用途偏振片的用途A作起偏振器作起偏振器IsIs/2B作檢偏振器作檢偏振器偏振光偏振光變暗變暗自然光自然光不變暗不變暗IsIs/2Is/2Is自然光自然光Is/2I0/23)3)馬呂斯定律馬呂斯定律P1 假設(shè)假設(shè)P1 P2的偏振化方向間的夾角不為的偏振化方向間的夾角不為0，也不，也不為為90度，那么出射的光強(qiáng)為多少？度，那么出射的光強(qiáng)為多少？200EI sin0EE 垂直方向的分量被

9、偏振片吸收，故出射的光強(qiáng)：垂直方向的分量被偏振片吸收，故出射的光強(qiáng)：202202/coscosIEEI20cosII或：或：Is自然光自然光Is/2= I0變暗變暗EE/0EIs/2P2cos0/EE 設(shè)自然光經(jīng)過設(shè)自然光經(jīng)過P1后的振幅為后的振幅為E0，那么光強(qiáng)，那么光強(qiáng) 振動分解有：振動分解有：馬呂斯定律：強(qiáng)度為馬呂斯定律：強(qiáng)度為I0的線偏振光透過偏振片的線偏振光透過偏振片 后強(qiáng)度變?yōu)楹髲?qiáng)度變?yōu)镮=I0cos2。 為入射的偏振光的振動方向與偏振片偏振化方為入射的偏振光的振動方向與偏振片偏振化方向間的夾角。向間的夾角。EE/0EI=I0cos2線偏振光通線偏振光通過偏振片后過偏振片后I01.

10、光強(qiáng)改動光強(qiáng)改動2.依然為線偏振光依然為線偏振光,但振動方向但振動方向改動改動 角度角度.200EI P1P245cos21cos)21(2020III例：一束自然光，光強(qiáng)度為例：一束自然光，光強(qiáng)度為I0，讓其出射兩個偏振片，讓其出射兩個偏振片， 兩個偏振片之間的夾角為兩個偏振片之間的夾角為450，求從第二個偏振片出射，求從第二個偏振片出射的偏振光強(qiáng)度。的偏振光強(qiáng)度。02041)22(21II解：解：041II0自然光自然光I0/2。為偏振片后的透射光強(qiáng)度角）相等，則通過三個向的夾角（取銳與前后兩片的偏振化方偏振片，其偏振化方向一片，若在兩片之間再插入是向間的夾角（取銳角）化方，則此兩偏振片的

11、偏振光強(qiáng)為若通過兩個偏振片后的，的自然光垂直入射其上在一起，強(qiáng)度為例：兩個偏振片疊加放_ _ 8/ 00II，變成偏振光。后，）自然光通過一偏振片解：（2101II 馬呂斯定律有再通過另偏振片后，由20012cos4128IIII60)2(329)30(cos)30(cos210220III30角為兩片的偏振化方向的夾后片，其偏振化方向與前根據(jù)題意，插入的偏振【例【例12-2】 如例如例12-2圖圖(a)所示，在兩塊偏振化方向相互所示，在兩塊偏振化方向相互垂直的正交偏振片垂直的正交偏振片P1和和P3之間插入另一塊偏振片之間插入另一塊偏振片P2，光，光強(qiáng)為強(qiáng)為I0的自然光垂直入射于偏振片的自然光

12、垂直入射于偏振片P1，求轉(zhuǎn)動，求轉(zhuǎn)動P2時，透時，透過過P3的光強(qiáng)與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。的光強(qiáng)與轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。0I1I2II2P1P3P2A2P1P3P1A3A2132cos ,cos()2AAAA31111coscos()cossinsin222AAAA2311sin 24II1012II201sin 28II一反射和折射光中的偏振景象一反射和折射光中的偏振景象1、反射光中垂直振動、反射光中垂直振動 強(qiáng)于平行的振動；強(qiáng)于平行的振動；2、折射光中平行的振、折射光中平行的振 動強(qiáng)于垂直振動；動強(qiáng)于垂直振動；3、反射光折射光偏振、反射光折射光偏振 化的程度隨入射角化的程度隨入射角 的不同而不同。它的

13、不同而不同。它 們都是部分偏振光們都是部分偏振光.in2n1irPolarization of reflection and refraction.Brewsters law12-3 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律 二布儒斯特定律二布儒斯特定律18121812年年0i當(dāng)入射角當(dāng)入射角 等于一特定角等于一特定角 時，使之滿足：時，使之滿足：i20211tanninn 時，反射光只需垂直于時，反射光只需垂直于入射面的振動入射面的振動,變?yōu)榫€偏振光變?yōu)榫€偏振光.這個特定的角稱為這個特定的角稱為 布儒斯特角；布儒斯特角；此時折射光仍為此時折射光仍為 部分偏振光；部分偏振

14、光；入射角為起偏振角入射角為起偏振角 時，反射光與折射時，反射光與折射 光相互垂直。光相互垂直。n2n10i0r留意：留意：00cossinir ) 1 (sinsin1200nnri0202101sintan(2)cosininin入射角為起偏振角入射角為起偏振角 時，反射光與折射時，反射光與折射 光相互垂直。光相互垂直。證明：證明：由折射定律：由折射定律：9000ri式式12對照：對照：證畢！證畢！n2n1留意：留意：由布儒斯特定律：由布儒斯特定律：0i0r處理方法：多次反射處理方法：多次反射 和折射。和折射。玻璃堆：玻璃堆：0i問題：問題：1反射光強(qiáng)普通較??；反射光強(qiáng)普通較小；2折射光仍

15、為部分偏折射光仍為部分偏振光。振光。n2n1經(jīng)過反射與折射獲得偏振光經(jīng)過反射與折射獲得偏振光0i0rn1n2n1n200012tantan(90)t/rico inn入射角為布儒斯特角時：入射角為布儒斯特角時：由布儒斯特定律：由布儒斯特定律：即：即：當(dāng)光從折射率為當(dāng)光從折射率為n2的介質(zhì)的介質(zhì)(玻璃玻璃)入射到折射入射到折射率為率為n1(空氣空氣)的介質(zhì)時，反射光仍為偏振光。的介質(zhì)時，反射光仍為偏振光。證明證明,玻璃下外表的反射光仍為偏振光：玻璃下外表的反射光仍為偏振光：0r0r0i例例12-3 一束自然光入射到折射率分別為一束自然光入射到折射率分別為n1和和n2的兩種介質(zhì)的交界面上，發(fā)生反射

16、和折射。知反的兩種介質(zhì)的交界面上，發(fā)生反射和折射。知反射光是完全偏振光，求折射角射光是完全偏振光，求折射角r的值。的值。 201arctannin02ir21arctan2nrn解：二雙折射景象二雙折射景象自然光自然光O光光e光光雙折射雙折射雙折射雙折射雙折射雙折射方解石方解石雙折射景象雙折射景象-同一束光線在晶體的界面同一束光線在晶體的界面上產(chǎn)生折射，晶體內(nèi)的折射光分為兩束。上產(chǎn)生折射，晶體內(nèi)的折射光分為兩束。二尋常光和非尋常光二尋常光和非尋常光16871687年惠更斯研討年惠更斯研討1兩束光均是線偏振光，一束叫尋常光兩束光均是線偏振光，一束叫尋常光O光光 一束叫非尋常光一束叫非尋常光e光光

17、 2O光遵守折射定律，而光遵守折射定律，而e光不遵守所知的折射光不遵守所知的折射 定律。定律。11.4 雙折射景象constnrio0sinsinO光光e光光二尋常光和非尋常光二尋常光和非尋常光16871687年惠更斯研討年惠更斯研討constriesinsin與入射角與入射角i有關(guān)有關(guān),隨隨i 而而變，折射光線不一定變，折射光線不一定在入射面內(nèi)。在入射面內(nèi)。對對O光：光：對對e光：光：與入射角無關(guān)與入射角無關(guān) 且為定值且為定值e光在晶體中傳播光在晶體中傳播光速是一變化值。光速是一變化值。nvCrisinsin緣由緣由自然光自然光方解石方解石光隨之旋轉(zhuǎn)。入射光旋轉(zhuǎn)時，不沿原方向，當(dāng)晶體繞光光但

18、光射時，光的特殊現(xiàn)象：垂直入eereroee. 0, 00三晶體的光軸、主截面、主平面三晶體的光軸、主截面、主平面7878681021光軸光軸-當(dāng)光在晶體中傳播時，不發(fā)生雙折射當(dāng)光在晶體中傳播時，不發(fā)生雙折射 的方向。的方向。光軸光軸對方解石而言：光軸是從對方解石而言：光軸是從102 純角引直線，使之和它各邊純角引直線，使之和它各邊 成等角成等角68的直線的直線OO留意：留意：光軸僅代表一個方向，光軸僅代表一個方向， 與與OO平行的線都是光軸。平行的線都是光軸。有兩個光軸的晶體稱雙晶體云母、硫磺等有兩個光軸的晶體稱雙晶體云母、硫磺等僅有一個光軸的晶體稱單晶體如方解石、石英僅有一個光軸的晶體稱單

19、晶體如方解石、石英OO2 2o o光光e e與光在晶體中的光速與折射率與光在晶體中的光速與折射率01vo度相同；均為光沿晶體各方向傳播速）（2在垂直于光軸方向，o,e兩光傳播速度差別最大設(shè)該方向e光速度為ve,e光在該方向的折射率為eevcn O光在晶體中的折射率都為：oovcn 我們稱no、ne為主折射率。2e光在晶體中的傳播速度介于vo與ve之間；e光在晶體中的折射率介于no和ne之間.1o光在晶體中的傳播速度為vo；o光的折射率為no.結(jié)論：結(jié)論：光軸光軸3 3主截面主截面-晶面法線與光軸組成的平面晶面法線與光軸組成的平面主截面是由許多平行平面構(gòu)成。主截面是由許多平行平面構(gòu)成。4主平面主

20、平面-光軸和晶體內(nèi)任光軸和晶體內(nèi)任一條折射光線組成的平面。一條折射光線組成的平面。O光與光與e光都有各自的主光都有各自的主平面，入射面在主截面平面，入射面在主截面內(nèi)時，內(nèi)時，O光光e光的主平面光的主平面重合并同在主截面內(nèi)。重合并同在主截面內(nèi)。留意：留意： 入射面在主截面內(nèi)時入射面在主截面內(nèi)時,o光光e光的振動方向相互垂直光的振動方向相互垂直且且o光為振動方向垂直于主截面的偏振光即與光光為振動方向垂直于主截面的偏振光即與光軸垂直；軸垂直；e光為振動面平行于主截面的偏振光。光為振動面平行于主截面的偏振光。n 102787878光軸光軸入射面在主截面內(nèi)時，入射面在主截面內(nèi)時，o光光e光的振動方向相互

21、光的振動方向相互垂直，且垂直，且o光為振動方向垂直于主截面的偏振光；光為振動方向垂直于主截面的偏振光；e光為振動方向在主截面的偏振光；光為振動方向在主截面的偏振光；n 78O光光e光光定。方向與主截面的夾角而兩光的振幅大小視偏振、則偏振光入射時光振幅相等、自然光入射oeoe,;,)2(兩束偏振光而言的，出射后的僅是針對晶體內(nèi)部光的區(qū)別光、eo ) 1 (規(guī)律傳播。介質(zhì)中，仍按通常質(zhì)區(qū)別，即在其它并無本闡明：闡明：78n evv 0不同的晶體，不同的晶體，e光折射率：光折射率：讓光垂直于光軸入射，對讓光垂直于光軸入射，對n e可以可以也可也可也可也可v0正晶體正晶體-負(fù)晶體負(fù)晶體-evv 0在晶

22、體內(nèi)一個點(diǎn)波在晶體內(nèi)一個點(diǎn)波源發(fā)光的波陣面：源發(fā)光的波陣面：78光軸光軸正晶體正晶體負(fù)晶體負(fù)晶體o光光e光光光軸光軸5 5負(fù)晶體與正晶體負(fù)晶體與正晶體光軸光軸四用惠更斯原了解釋雙折射景象四用惠更斯原了解釋雙折射景象先明確一個概念：在各向同性的介質(zhì)中，先明確一個概念：在各向同性的介質(zhì)中，波面法線與光線的方向一致，即光線與波面垂直波面法線與光線的方向一致，即光線與波面垂直光線是能量傳播的方向。光線是能量傳播的方向。但在各向異性介質(zhì)中，但在各向異性介質(zhì)中，光線只是能量傳播的方向。波面法線并不一定是光線只是能量傳播的方向。波面法線并不一定是光傳播的方向了。如晶體中光傳播的方向了。如晶體中e光傳播的方向

23、就不光傳播的方向就不一定與波陣面垂直，光傳播的方向要看能量傳播一定與波陣面垂直，光傳播的方向要看能量傳播的方向。的方向。o光光e光光晶體晶體光軸光軸光軸光軸負(fù)晶體負(fù)晶體1入射面與主截面平行的情況入射面與主截面平行的情況A光軸與晶體外表有一夾角斜入射光軸與晶體外表有一夾角斜入射負(fù)晶體負(fù)晶體1入射面與主截面平行的情況入射面與主截面平行的情況B光軸與晶體外表有一夾角正入射光軸與晶體外表有一夾角正入射自然光自然光光軸光軸負(fù)晶體負(fù)晶體C光軸與晶體外表平行正入射光軸與晶體外表平行正入射自自然然光光o光光e光光光軸光軸O e二光經(jīng)過厚度二光經(jīng)過厚度d的光程差：的光程差：dnnoe)(4/2/四分之一波片四分之一波片二分之一波片半波片二分之一波片半波片結(jié)論：結(jié)論：evv 0enn 0有雙折射。有雙折射。自自然然光光o光光e光光光軸光軸負(fù)晶體負(fù)晶體D光軸與晶體外表垂直正入射光軸與晶體外表垂直正入射A A光軸與晶體外表平行斜入射光軸與晶體外表平行斜入射負(fù)晶體負(fù)晶體2 2入射面與主截面垂直的情況入射面與主截面垂直的情況o光光e光光光軸光軸自然光自然光負(fù)晶體負(fù)晶體o光光e光光光軸光軸朝左看朝左看看到了！看到了！光軸光軸A光軸與晶體外表平行斜入射光軸與晶體外表平行斜入射負(fù)晶體負(fù)晶體2入射面與主截面垂直的情況入射面與主截面