光波的偏振課件

光波的偏振PolarizationofLightWaves第1節(jié)偏振光與自然光

PolarizedLightandNaturalLight1.光的偏振現(xiàn)象偏振是橫波特有的現(xiàn)象，如機(jī)械橫波：縫闌轉(zhuǎn)90o后波不能通過——偏振現(xiàn)象光波也是橫波!演示實驗1：

觀察太陽光,看到偏振片透明,將偏振片轉(zhuǎn)過900后,是橫波嗎？情況不變?偏振片偏振化方向1演示實驗2：偏振片B透光偏振片B無透光（消光現(xiàn)象）B

繞光線旋轉(zhuǎn)，光強(qiáng)發(fā)生變化說明了光波是橫波！問題：如何解釋實驗1、2？22.自然光與偏振光偏振光線偏振（完全偏振）部分偏振

橢圓（圓）偏振（1）線偏振光

光波的振動方向只有一個方向（2）部分偏振光T光振動方向與畫面平行光振動方向與畫面垂直部分偏振光3各個振動方向都有，但有一個方向占優(yōu)勢。（3）橢圓（圓）偏振光振動矢量的大小、方向都隨時間變化T橢圓偏振光圓偏振光振動矢量的大小不變、方向隨時間變化T4（4）自然光

自然光可分解為兩個垂直的、振幅相等的獨立光振動。自然光的光路5實際的光源是大量原子發(fā)出自然光,包含著無數(shù)多個振動方向，但機(jī)會均等。T實驗1：實驗2:偏振片透光偏振片不透光B繞光線旋轉(zhuǎn)光強(qiáng)發(fā)生變化偏振片透光繞光線轉(zhuǎn)90o情況不變現(xiàn)在可以解釋實驗1、2了。這是因為入射光是自然光。

入射到B片的光是偏振光時,光的橫波特性表現(xiàn)出來了。6第2節(jié)

通過選擇吸收產(chǎn)生偏振馬呂斯定律

PolarizationbySelectedAbsorbing

MalusLaw1.通過選擇吸收產(chǎn)生偏振利用選擇吸收獲得線偏振光起偏器檢偏器偏振片有起偏與檢偏作用偏振化方向7

2.馬呂斯定律研究透射光的強(qiáng)度2o

由馬呂斯定律知注意——馬呂斯定律1o

若自然光入射前的強(qiáng)度是I0,則過a后的強(qiáng)度

是

I0

28例1.已知a

c,b以角速度

轉(zhuǎn)動,自然光入射強(qiáng)度為I0

，求：出射光的I=?圓頻率=？Imax=?解：I的變化圓頻率為4

9

第3節(jié)

由反射產(chǎn)生偏振

PolarizationbyReflection

1.反射光的偏振部分偏振光完全偏振光馬呂斯發(fā)現(xiàn)：自然光反射時,可以產(chǎn)生部分偏振光或完全偏振光。當(dāng)i=

i0時,反射光為完全偏振光,i0叫“起偏角”。1011122.布儒斯特定律起偏角反射光是完全偏振光時，

實驗證明：——布儒斯特定律13線偏振光部分偏振光自然光討論：當(dāng)光以iB入射時，無反射光，你能對入射光作出什么結(jié)論？例2：求玻璃的起偏角？布儒斯特定律的實質(zhì)：是線偏振光，且平行入射面。E的平行分量在iB角入射時,不反射全部透射。設(shè)n1=1,n2=1.5則14應(yīng)用：例如激光器中的布儒斯特窗2o

可測不透明媒質(zhì)折射率3o

若反射光是部分偏振光，利用偏振片可消去大部分反射光（如鏡頭前加偏振片、偏光望遠(yuǎn)鏡等）。最后得到的線偏振光布儒斯特窗1o

可由反射獲得線偏振光153.折射光的偏振態(tài)利用玻璃片堆產(chǎn)生完全偏振光i0i016第4節(jié)雙折射

DoubleRefraction1.晶體對光的雙折射現(xiàn)象o光：尋常光線,遵循折射定律e光：非常光線,不遵循折射定律 方解石CaCO3172.雙折射現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?qū)光：一個折射率對e光：無數(shù)個折射率但CaCO3等類各向異性晶體CaCO3

各向同性的介質(zhì)各方向?qū)獾恼凵渎蕁相同，不產(chǎn)生雙折射。3.幾個概念（1）晶體的光軸（2）晶體的主截面（3）光線的主平面是一個特殊的方向，沿著此

方向傳播的光不發(fā)生雙折射。光線光軸18注意：重點研究1o

o光e光的主平面不一定相同o光的振動方向

o光的主平面e光的振動方向//e光的主平面*

入射光在主截面內(nèi)*主平面、主截面為同一平面*

o光振動方向

e光振動方向2o

主平面、主截面不一定相同。19（4）正晶體負(fù)晶體負(fù)晶體no

常數(shù)在垂直于光軸的方向上：(min)(max)neveTne

(min)晶體的主折射率ne變化負(fù)晶體正晶體204.用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象ooo光軸21雙折射的幾種情況重要！22這種特殊情況下o光、e光都可用折射定律.光軸235.

利用雙折射獲得線偏振光（1）尼科爾棱鏡方解石加拿大樹膠（2）格蘭——湯姆遜棱鏡（略，出射o光）e（用方解石粘結(jié)而成,出射e光）eo24

為任意值,合振動的軌跡為一般橢圓

第5節(jié)波晶片偏振光的干涉

WavePlateInterferenceofPolarizedLights1.橢圓偏振光與圓偏振光的產(chǎn)生回顧兩個互相垂直的機(jī)械振動的合成為直線為橢圓為正橢圓,k為偶數(shù)振動方向不變,k為奇數(shù)振動方向改變2

。A1=A2為圓.25若

相同,

恒定,振動方向互相垂直,且合振動為任一橢圓正橢圓圓1o

自然光在雙折射晶體中產(chǎn)生的o光、e

光迭加，能否產(chǎn)生橢圓偏振光？2o

由線偏振光在雙折射晶體中分成的o光、e光可

能產(chǎn)生橢圓偏振光.從雙折射晶體中出射的o光

e光有恒定位相差。對光振動：不能！出射光仍為自然光。注意o26*

k

時晶片出來的光是橢圓偏振光，

*

=k

時(k=1,2…)仍為線偏振光。AAoAe

a光軸主平面

=45°時，Ae=Ao

，是圓偏振光。o光e光從b面出射時,光程差和位相差分別為：272.波晶片（1）

/2

波片：晶片的厚度d,使光程差為

/2符合線偏振光入射

/2

波片時,出來（2）

/4

波片：光程差符合線偏振光入射

/4

波片時,出來是（1/2波片,1/4波片）仍是線偏振光。橢圓偏振光。282o

自然光與部分偏振光兩垂直成分無恒定相位差,

而橢圓和圓偏振光兩垂直成分有恒定相位差。4o

橢圓與圓偏振光（長軸或短軸平行于1/4波片的

光軸時）經(jīng)1/4波片后,兩垂直成分位相差為1o

/2

波片、

/4

波片是對一定的

而言的。3o

自然光、部分偏振光通過

/2

、

/4

波片仍然是

自然光或部分偏振光。出射的是線偏振光。注意293.偏振光的干涉研究在同一平面上振動的兩偏振光的干涉

偏振片P2附加位相差

從C出射的o光、e光通過P2后才會產(chǎn)生干涉。從C出射的o光,e光能否產(chǎn)生干涉？（1）P1、P2

兩偏振片的偏振化方向互相垂直放置不能！o、e光振動方向互相垂直，不是相干光。負(fù)晶體30*晶面上o光、e光的位相相同。*從晶體中出來后,o光、e光的位相差：*偏振片P2

附加位相差

=31（2）P1、P2兩偏振片的偏振化方向平行放置取決于晶體板帶來的位相差由于

在白光的照射下,對同一晶板,在正交系統(tǒng)中出現(xiàn)的顏色與平行系統(tǒng)中出現(xiàn)的顏色互補(bǔ)

——色偏振現(xiàn)象注意=總32

例3.在兩個偏振化方向互為正交的偏振片P1、P2

之間放進(jìn)厚度為d=1.713×10-4m晶體片,此晶

片的光軸平行于晶片表面而且與P1、P2的偏振

化方向皆成45o角,以

=589.3nm的自然光垂直入射到P1上,該晶體對此光的折射率no=1.658,

ne=1.486.（1）說明1、2、3區(qū)域光的偏振態(tài)。（2）求3區(qū)域光強(qiáng)與入射光強(qiáng)I0之比。（3）若晶片C

的光軸與晶片表面垂直,再次求3區(qū)域光強(qiáng)與入射光強(qiáng)I0之比。（4）若P1//P2，以上情況如何？33解：2區(qū)域光的偏振態(tài)取決于

符合

=k3區(qū)域光的偏振態(tài)k為偶數(shù),偏振方向不變,偏振態(tài)與1區(qū)域相同因相消干涉：（1）1區(qū)域光的偏振態(tài)（2）3區(qū)域光強(qiáng)與入射光強(qiáng)I0

之比34區(qū)域1的線偏振光沿光軸透過晶片，請同學(xué)們自己討論!解：（3）晶片C

的光軸與晶片表面垂直（4）若P1//P2，無雙折射，偏振方向不變，P2也無附加光程差，無光透過。35例4.用一塊偏振片和一塊

/4

波片去鑒別：自然

光、部分偏振光、線偏振光、圓偏振光與橢

圓偏振光。（1）先用一偏振片,光通過轉(zhuǎn)動的偏振片后為部分偏振光或橢圓偏振光為自然光或圓偏振光光強(qiáng)不變光強(qiáng)改變解：（無消光）（2）再用

/4

波片及偏振片,進(jìn)一步鑒別：36注：在判別“橢圓偏振光”時,先利用偏振片使橢圓的長軸(或短軸)與波片的光軸重合。自然光圓偏振光光強(qiáng)不變光強(qiáng)變,無消光部分偏振光橢圓偏振光光強(qiáng)變,有消光光強(qiáng)變,有消光37例5.楊氏雙縫干涉實驗中,加三個偏振片,偏振化

方向為P2

P1，

P0

與