反射和折射的偏振特性

關(guān)于反射和折射的偏振特性第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1.偏振度如果由于外界的作用，使各個振動方向上的振動強度不相等，就變成部分偏振光。如果光矢量有確定不變的或有規(guī)則變化的振動方向，則稱為完全偏振光。部分偏振光可以看作是完全偏振光和自然光的混合，而完全偏振光若不特別說明，都是指線偏振光。自然光（完全非偏振光）沒有優(yōu)勢方向自然光的分解第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光垂直板面的光振動較強平行板面的光振動較強1.偏振度完全偏振光傳向播方面振動面對光的傳播方向看光振動垂直板面光振動平行板面第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光兩偏振片的偏振化方向相互垂直，光強為零。偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強發(fā)生變化第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變自然光第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月為便于研究，可將任意光矢量視為兩個正交分量（例如，s分量和p分量）的組合，因此，任意光波能量都可表示為①在完全非偏振光中，

；②在部分偏振光中，；③在完全偏振光中，或

或。偏振度的定義是，在部分偏振光的總強度中完全偏振光所占的比例，即1.偏振度第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月偏振度還可以表示為①對于完全非偏振光，P=0；②對于完全偏振光，P=l；③一般的

P值表示部分偏振光，P值愈接近

l，光的偏振程度愈高。式中，IM和Im分別為兩個特殊（正交）方向上所對應(yīng)的最大和最小光強。1.偏振度第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2．反射和折射的偏振特性1）自然光的反射、折射特性由于入射的自然光能量且由非涅耳公式可知，通常，rs

rp，

ts

tp，因此，反射光和折射光的偏振狀態(tài)相對入射光發(fā)生變化。即使入射光是線偏振光，其反射光和折射光的振動方向也會發(fā)生變化。自然光的反射率為第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月相應(yīng)的反射光偏振度為折射光的偏振度為1）自然光的反射、折射特性第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1）自然光的反射、折射特性根據(jù)前面有關(guān)反射率和折射率的討論，在不同入射角的情況下，自然光的反射、折射和偏振特性如下：①自然光正入射（1=00）和掠入射界面（1900）時，因而即反射光和折射光仍為自然光。第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月②自然光斜入射界面時，因

Rs和

Rp、Ts和

Tp不相等，所以反射光和折射光都變成部分偏振光。③自然光正入射界而時，反射率為例如，光由空氣（n1=1）正入射至玻璃（n2=1.53）時，Rn=4.3%；正入射至紅寶石（n=1.769）時，Rn=7.7%；正入射至鍺片（n3=4）時，Rn

=36%。1）自然光的反射、折射特性第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月④自然光斜入射至界面上時，反射率為隨著入射角的變化，自然光反射率的變化規(guī)律為：（ⅰ）光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)（例如，由空氣射向玻璃）時，由圖可見，在1<450范圍內(nèi)，Rn基本不變，且近似等于4.3％；在1

>450時，隨1的增大，Rn較快地變大。1）自然光的反射、折射特性第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月(ⅱ)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，在入射角大于臨界角范圍內(nèi)，將發(fā)生全反射。自然光反射率的變化規(guī)律為：第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月由反射率公式可得

Rs=15％，因此，反射光強(ⅲ)當1=B時，由于Rp=0，Pr=l，所以反射光為完全偏振光。例如，光由空氣射向玻璃時，布儒斯持角為這說明反射光為偏振光，但反射光強很小。自然光反射率的變化規(guī)律為：第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月所以透射光的偏振度為因此，透射光的光強很大（It=0.925Ii），但偏振度很小。對于透射光，因Irp=0，有Itp=Iip。又由于入射是自然光，有Iip=0.5Ii。進一步，因為自然光反射率的變化規(guī)律為：第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1=B

時，反射光只有s分量B

—布儒斯特角或起偏角·······n1n212·自然光反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光······n1n2B2線偏振光··S起偏振角····自然光反射率的變化規(guī)律為：第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月由上所述可以看出，要想通過單次反射的方法獲得強反射的線偏振光、高偏振度的透射光是很困難的。在實際應(yīng)用中，經(jīng)常采用“片堆”達到上述目的?！捌选笔怯梢唤M平行平面玻璃片（或其它透明的薄片，如石英片等）疊在一起構(gòu)成的。將這些玻璃片放在圓筒內(nèi)，使其表面法線與圓筒軸構(gòu)成布儒斯特角（B)。自然光反射率的變化規(guī)律為：第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月在激光技術(shù)中，外腔式氣體激光器放電管的布儒斯待窗口，就是上述“片堆”的實際應(yīng)用。如圖所示，當平行入射面振動的光分量通過窗片時，沒有反射損失，因面這種光分量在激光器中可以起振，形成激光。而垂直紙面振動的光分量通過窗片時，將產(chǎn)生高達15％的反射損耗，不可能形成激光。由于在激光產(chǎn)生的過程中，光在腔內(nèi)往返運行，類似于光通過片堆的情況，所以輸出的激光將是在乎行于激光管軸和竊片法線組成的平面內(nèi)振動的線偏振光。自然光反射率的變化規(guī)律為：第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2）線偏振光反射的振動面旋轉(zhuǎn)一束線偏振光入射至界面，由于垂直分量和平行分量的振幅反射系數(shù)不同，相對入射光而言，反射光的振動而將發(fā)生旋轉(zhuǎn)。傳向播方面振動第29頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月例如，一束入射的線偏振光振動方位角ai=450，則其平行分量和垂直分量相等，即。若如圖所示，該光的入射角1=400。則

s分量和

p分量的振幅反射系數(shù)分別為rs=-0.2845，rp=0.1245，反射光中二分量的振幅分別為2）線偏振光反射的振動面旋轉(zhuǎn)因此，反射光的振動方位角為第30頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月相對入射光而言，振動面遠離入射面。對于折射光，由于其s分量和p分量均無相位突變，且，所以at<450，即折射光的振動面轉(zhuǎn)向入射面。由此可見，線偏振光入射至界面，其反射光和折射光仍為線偏