波動光學 光的偏振.ppt

1、光的偏振,7-1 自然光和偏振光,7-2 起偏與檢偏 馬呂斯定律,7-3 反射和折射時光的偏振,7-4 光的雙折射現(xiàn)象,（Polarization of light）,光是電磁波，起視覺效應的是電場矢量(光矢量),偏振態(tài):光矢量的振動狀態(tài),五種偏振態(tài)：自然光，線偏振光, 部分偏振光, 橢圓偏振光, 圓偏振光,7-1 自然光和偏振光,在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，沿各個方向都有光振動，且各個方向光矢量的振幅相等的光,1.自然光（Natural Light）,2.線偏振光（Linearly Polarized Light）,光矢量只沿一個固定方向振動的光(又稱平面偏振光),振動面,光矢量,3.部分偏

2、振光（Partially Polarized Light）,在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，各方向都有光振動，但振幅不等的光,在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光矢量以一定的頻率旋轉。矢量端點軌跡為橢圓時稱其為橢圓偏振光，軌跡為圓時稱其為圓偏振光,4.圓偏振光和橢圓偏振光,7-2 起偏與檢偏 馬呂斯定律,偏振片（Polaroid）：吸收某方向光振動，而與其垂直方向的光振動能通過的裝置,偏振化方向：能通過光振動的方向,一.起偏與檢偏,利用偏振片檢驗光線的偏振化程度，稱為檢偏,自然光通過偏振片后變?yōu)榫€偏振光，稱為起偏,起偏,檢偏,二.馬呂斯定律（Malus law）,-馬呂斯定律, =0或 =1800時,

3、 I2=I1光強最強,討論：, =900或 =2700時, I=0光強最弱,例1兩平行放置的偏振片, 偏振化方向成300角,自然光垂直入射后, 透射光與入射光的強度之比為多少? (分別討論無吸收和10%的吸收的情況),解：無吸收時,根據(jù)馬呂斯定律,10%吸收時,例2如圖,偏振片P1、P2，現(xiàn)以I1的自然光和I2的線偏振光同時垂直入射于P1，在E 處觀察通過P1和P2后的光強。(1)P1任意放置, 將P2以光線方向為軸轉動一周, 計算并討論這時在E 處所觀察到的光強變化情況； (2)要在E 處得到最大光強, 應如何實現(xiàn)?,解：設P1、P2的偏振化方向夾角為,入射線偏振光振動方向與P1的偏振化方向

4、夾角為,線偏振光：,因I1和I2 是非相干光,即在E 處觀察到的光強隨P2的轉動而周期性變化,對自然光：,在E 處得到最大光強，須同時滿足,則,時,時,7-3 反射和折射時光的偏振,一.部分偏振現(xiàn)象,自然光在兩各向同性媒介分界面上反射和折射時，反、折射光均成為部分偏振光,特點：反射光垂直入射面的振動較強，折射光反之,二.布儒斯特定律,由折射定律,1812年布儒斯特發(fā)現(xiàn)，當入射角為某特定值 時（ ），反 射光為振動方向垂直于入射面的線偏振光,-布儒斯特定律,說明：,讓自然光通過玻璃片堆，可使折射光的偏振化程度增加。玻璃片足夠多時，可使折射光為完全偏振光,反射光光強較弱，折射光較強(它包含了全部的

5、平行分量和大部分的垂直分量),i= i0=tg-1n21時，反射光為線偏振光，而折射光仍然是部分偏振光,反射光與折射光垂直。,布儒斯特窗：,例3將一介質平板放在水中, 板面與水平面的夾角為，如圖。已知折射率n水=1.333，n介質=1.681，要使水面和介質面反射光均為線偏振光, 求,解：如圖所示,根據(jù)布儒斯特定律,又,1669年，巴托里奴斯（Bartholinus）發(fā)現(xiàn)：通過方解石（冰洲石，即CaCO3）觀察物體時，物體的像是雙重的。,各向異性媒質（如方解石，石英等）時，將產(chǎn)生特殊的折射現(xiàn)象。,各向同性媒質（如空氣，水，玻璃等）中遵從折射定律。,一.雙折射現(xiàn)象（Double Refracti

6、on）,尋常光(o光ordinary )：遵守折射定律 非常光(e光extraordinary )：不遵守折射定律,7-4 光的雙折射現(xiàn)象,當方解石晶體旋轉時，o光不動，e光圍繞o光旋轉,二.雙折射光的偏振特點,1.概念,只有一個光軸(如方解石、石英)的晶體為單軸晶體；有兩個光軸(如云母、硫磺)的晶體為雙軸晶體,光軸(Optical Axis) ：,光線在晶體中沿某一方向傳播時不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這一方向稱為晶體的光軸,如：天然方解石晶體,主平面（principal plane）：,e光,光軸,o光,光軸,o 光的主平面,e 光的主平面,晶體中光的傳播方向與晶體光軸構成的平面。,說明,(1) 光

7、軸在入射面時，o 光主平面和e 光主平面重合。,(2) 一般情況兩個主平面并不重合。,(3) o 光和e 光的光矢量方向相互垂直。,光軸,o光,e光,e光不一定在入射面內(nèi)，o光和e光的主平面并不重合,2.特點,o光和e光均為線偏振光, o光的振動方向垂直于它自己的主平面，e光的振動方向平行于它自己的主平面,光軸位于入射面內(nèi),o光和e光主平面重合(一般夾角很小)，此時o光與e光的振動方向相互垂直,三.雙折射現(xiàn)象的解釋,原因:o光在晶體內(nèi)的速度是各向同性的,而e光卻是各向異性的,o光：子波波面為球面.,e光：子波波面為橢球面,正晶體 (positive crystal),負晶體 (negative crystal),兩光線只有在光軸方向速度相等，故兩球面在光軸處相切。,惠更斯原理解釋（光軸在入射面內(nèi)）,斜射至晶體表面的平面波 （光軸與表面斜交）,平面波入射（光軸與表面斜交）,平面波入射，而光軸與晶體表面平行,平面波入射，而光軸與晶體表面垂直,四.尼科爾棱鏡,對e光，疏密,對o光，密疏,全反射,線偏振光,o,e,e光,o光,o光,e光,五、 渥拉斯頓棱鏡,出射的是兩束分得很開的振動方