大學(xué)物理第6章-光的偏振課件

光的偏振(polarizationoflight)偏振:光波的振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性O(shè)zAOzA光的偏振性是判斷光波是橫波還是縱波的重要依據(jù)。縱波的光矢量E在垂直于傳播方向的平面A內(nèi)的分布是均勻的。橫波的光矢量E在垂直于傳播方向的平面A內(nèi)的分布是不均勻的,稱為光的偏振。6.9光的偏振性(Thepolarizationoflight)(1)6.9.1自然光線偏振光部分偏振光(naturallight,linearly

polarizedlightandpartialpolarizedlight)光矢量E在垂直于傳播方向的平面內(nèi)可以取任何方向,且各個方向具有相同的平均值,即分布是均勻的,這樣的光稱為自然光。1.自然光(naturallight)普通光源發(fā)出的光就是自然光。(2)自然光的分解···自然光OzOz自然光的圖示法3.部分偏振光(partialpolarizedlight)如果光矢量E在垂直于傳播方向的平面上可以取任何方向，但在不同方向上，其振幅不同，在某一方向上的光振動較強，而在與之垂直方向上的光振動較弱，這種光稱為部分偏振光。OzOz部分偏振光的分解部分偏振光········圖示法(4)部分偏振光可以看成是自然光和線偏振光的混合。(5)4.橢圓和圓偏振光(ellipticand

circular

polarizedlight)ExEyExyyxzxyxExEyEyz光矢量E的大小和方向在垂直于傳播方向的平面上有規(guī)律地變化,光矢量末端軌跡為橢圓稱為橢圓偏振光;末端軌跡為圓稱為圓偏振光。迎著光傳播方向看:光矢量逆時針旋轉(zhuǎn)—左旋偏振光

(lift-handedpolarizedlight)光矢量順時針旋轉(zhuǎn)—右旋偏振光(right-handedpolarizedlight)透明玻璃片自然光線偏振光偏振化方向涂有金雞納霜或碧硒(電氣石)等材料的薄膜6.9.2

起偏檢偏馬呂斯定律(polarizing,analyzingandMaluslaw)1.偏振片(polarizingplate),起偏,檢偏1)偏振片:只允許某一個方向的振動透過的光學(xué)元件(6)2)偏振片的用途(a)作起偏振器I0I0/2(b)作檢偏振器偏振光光強為零(消光)自然光光強不變I0I0/2I0自然光I0/2I0/2I0/2(7)例19:

起偏器和檢偏器,在它們的偏振化方向成1=30o

時,觀測一束單色自然光。又在2=60o時,觀測另一束單色自然光,設(shè)兩次所得的透射光強度相等,求:兩光束強度之比。解:(9)按題意I1'=I2'于是起偏器檢偏器檢偏器起偏器6.9.3反射和折射起偏布儒斯特定律(Polarizingofreflectionandrefraction,Brewster’slaw)1.反射起偏(Polarizingofreflection)入射平面:入射線與介質(zhì)面法線組成的平面。入射自然光:垂直振動平行振動反射光中:垂直振動多于平行振動。折射光中:平行振動多于垂直振動。(10)n2n13.折射起偏的方法(methodofpolarizingofrefraction)玻璃片堆(12)雙折射現(xiàn)象:一束光線通過折射后分為兩束的現(xiàn)象6.9.4

雙折射起偏(polarizingofdoublerefractionoflight)1.雙折射現(xiàn)象o光e光雙折射方解石(13)自然光雙折射雙折射尋常光:折射光線遵守折射定律,折射率為常數(shù),

其折射光線總在入射面內(nèi),簡稱

o

光。非常光:折射光線不遵守折射定律,折射率不為常數(shù),其折射線不一定在入射面內(nèi),簡稱

e

光。3.光軸(opticalaxis)

主截面(principalsection)光軸:當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)生雙折射,該方向稱為晶體的光軸。例如方解石的光軸方向如圖光軸單軸晶體:只有一個光軸的晶體(如方解石、石英等)雙軸晶體:有兩個光軸的晶體(如云母、硫磺等)(14)AB102°78°2.尋常光和非常光(ordinaryandextraordinarylight)

光軸光軸正晶體(vo>ve)負(fù)晶體(vo<ve)o光e光votvetvetvot(16)4.光在單軸晶體中的波面votvet光軸子波源子波源votvet光軸5.光在單軸晶體中的傳播方向以方解石為例,用作圖法(惠更斯原理)確定o光和e光在晶體內(nèi)的傳播方向1)光軸平行晶體表面,且在入射面內(nèi),自然光入射光軸(17)光軸2)光軸與晶體表面斜交,且在入射面內(nèi),自然光入射(18)光軸光軸4)光軸垂直于晶體表面,且在入射面內(nèi),自然光入射(20)光軸無雙折射現(xiàn)象1)尼科耳棱鏡(Nicolprism)雙折射的應(yīng)用:1)獲得線偏光,2)改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)6.9.5偏振棱鏡

波片(polarizedprismandwaveplat)1.偏振棱鏡起偏優(yōu)點:對可見光透明度高,能得到較完善的線偏光缺點:入射光束與出射光束不在一條線上(21)光軸BADCo光e光e光e光黑色涂層68716890自然光加拿大樹膠光軸光軸2)渥拉斯頓棱鏡(Wollastonprism)遠離BD面的法線傳播,同理e光從ABD進入BCD中將變?yōu)閛光,靠近BD面的法線傳播。

自然光垂直入射AB,在ABD中,o光e光重合,由于ABD中的光軸與BCD中的光軸相互垂直,o光從ABD進入BCD中將變?yōu)閑光(22)所以則合成為線偏振光合成為正橢圓偏振光合成為斜橢圓偏振光合成為圓偏振光(24)k=0,1,2,1)1/4波片思考:(1)線偏光通過1/4波片后,出射光的偏振態(tài)和光強如何?(25)(正橢圓或圓偏光,光強不變)(2)自然光通過1/4波片后,出射光的偏振態(tài)和光強如何?(自然光,光強不變)(3)正橢圓或圓偏光通過1/4波片后,又如何?能使從波片透射后的兩束線偏振光(o光和e光)的相位差

=(2k+1)/2，這樣的波片稱為1/4波片。例20:

如圖,1)P與A處于消光,插入1/2波片,轉(zhuǎn)動一周,問有幾次消光,為什么?2)P與A處于消光,插入1/2波片(任意取向),轉(zhuǎn)動A一周,問有幾次消光,為什么?3)P與A處于消光,插入1/2波片,旋轉(zhuǎn)波片至消光;順時轉(zhuǎn)動P(角),欲重新達到消光,需轉(zhuǎn)動A(逆時)多少?解:

1)四次消光光軸2)二次消光(28)光軸設(shè)為P與波片光軸方向間的夾角當(dāng)=0,/2,,3/2時,分別使P后的線偏光旋轉(zhuǎn)2=0,,2,33)波片后的振動方向(29)光軸光軸波片光軸A應(yīng)逆時旋轉(zhuǎn)圓偏光(30)例21:

有兩個圓偏振器,偏振片用P1和P2

表示,?波片用N1和N2

表示,按N1-P1-P2-N2順序排列,P1和P2

偏振化方向間的夾角,以光強為I0

的自然光垂直入射到上述偏振系統(tǒng),求透射光的偏振態(tài)和光強?解:由圓偏振器,可知P1與N1,P2與N2之間夾角為45°例22:

用旋轉(zhuǎn)的檢偏鏡對某一單色光進行檢偏,在旋轉(zhuǎn)一圈的過程中,發(fā)現(xiàn)從檢偏鏡出射的光強并無變化.先讓這一束光通過一塊1/4波片,再通過旋轉(zhuǎn)的檢偏鏡檢偏,則測得最大出射光強是最小出射光強的2倍.求入射的是什么偏振態(tài)的光,其中自然光光強占總光強的百分之幾?解:光強無變化,自然光,圓偏光,兩者混合光強無消光,非圓偏光;光強有變化,非自然光;結(jié)論:兩者混合(31)設(shè)入射總光強為1,其中自然光強為x,則圓偏光強為(1-x)(32)(33)光的偏振教學(xué)要求1.熟練掌握光的五種形態(tài)(自然光、線偏振光、部分偏振光、橢圓和圓偏振光)。2.理解光的起偏和檢偏