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文檔簡介
1、9 光的橫波性與五種偏振態(tài),1光的偏振現(xiàn)象,1)光的偏振的含義,光波振動方向的不全面和振幅 不均等的現(xiàn)象稱為光的偏振現(xiàn)象,第二章 波動光學基本原理,2)偏振片,(1)晶體的二向色性(選擇吸收性),(2)偏振片及其透振方向和消光方向,(3)偏振片的制造,(4)偏振片的起偏和檢偏性能,2光的橫波性,1)機械波的橫波性的檢驗,2)光波的橫波性的檢驗,3光的五種偏振態(tài),1)光是橫波,才有不同的偏振狀態(tài),2)光波的五種偏振態(tài):,線偏振光、自然光、部分偏振光、 圓偏振光和橢圓偏振光。,4線偏振光,1)線偏振光的定義:,在垂直光傳播方向的平面上,只有單一 方向的振動矢量,隨著時間的推移,振 動矢量只改變大小
2、、不改變方向。,線偏振光:光矢量 E 只沿一個固定方向振動。,2)振動面與平面偏振光,振動面: 線偏振光的傳播方向與 振動方向構(gòu)成的平面。,同一波線上的線偏振光的光振動均處于同一 振動面上,又稱線偏振光為平面偏振光。,線偏振光是偏振程度最強的光,又稱線偏振 光為全偏振光。,3)線偏振光通過偏振片后的光強度,若入射的線偏振光強為:,旋轉(zhuǎn)偏振片P一周, 出射光強的變化為:,存在一個消光方向, 在垂直 P 的透振方向上,4)馬呂斯定律,稱上式為馬呂斯定律,注意:,(1)只適用于線偏振光,(2)馬呂斯定律公式上的 三角函數(shù)項是平方項。,由于:,就有:,5)起偏器和檢偏器,起偏器:任何偏振態(tài)的光通過后透
3、射 光都變?yōu)榫€偏振光的器件。,檢偏器:檢查入射光偏振態(tài)的器件 線偏振射光通過此器件后光 強變?yōu)榱恪?偏振片既是起偏器,又是檢偏器。,自然光通過偏振片后,光強為原來的二分之一。 旋轉(zhuǎn)起偏器,屏幕上光強不變。,檢偏器旋轉(zhuǎn)一周,透射光光強出現(xiàn)兩次最強,兩次消光,說明入射到 P2 上的光是線偏振光。,P2,P1,6)一束線偏振光可以分解為兩束 互相垂直的線偏振光,若將 帶入?yún)⒘糠匠滔⒘縯,,就有: ,這正是直線方程,結(jié)論:,(1)線偏振光可以分解為兩個互相垂直 的相位差為 0 或 的線偏振光,,(2)可以由這兩束線偏振光代替這束線偏振光。,5自然光,1)自然光的定義:,在垂直光傳播方向的平面上,
4、所有方向均有橫振動,,各個方向的振動幅度均相等, 形成如圖所示的軸對稱振幅分布。,自然光:,由于原子發(fā)光的獨立性與隨機性,對于普通光源所發(fā)的光,光矢量分布各向均勻。,各光矢量之間無固定的相位關(guān)系。,可用兩個相互垂直的光矢量表示自然光,但兩者之間也無固定的相位關(guān)系。,2)自然光通過偏振片后的光強度,若入射的自然光強為:,旋轉(zhuǎn)偏振片P一周,出射光強均為:,(非相干迭加),3)試證明自然光通過偏振片后 出射光強為入射光強的一半。,自然光由無數(shù)條非相干的線偏振光組成,數(shù)密度: 單位夾角內(nèi)包 含的 線偏振光的條數(shù),角內(nèi)包含的線偏振 光的條數(shù):,角內(nèi)包含的線偏振光的總強度:,入射的自然光的總光強:,設(shè)偏振
5、片的透振方向與 角內(nèi)線偏振光 的夾角為:,依據(jù)馬呂斯定律:,角內(nèi)的線偏振光通過偏振片后的光強為:,透過偏振片后自然光的光強變?yōu)椋?因此有:,注意:已經(jīng)將公式中的 改寫為,6部分偏振光,1)部分偏振光的定義:,在垂直光傳播方向的平面上, 所有方向均有橫振動,但不同 方向的振動幅度不相等,形成 如圖的振幅分布。,部分偏振光:,介于線偏振光與自然光之間的情形,可看成線偏振光與自然光的混合。,若入射的部分偏振光強為,旋轉(zhuǎn)偏振片P一周,出射光強的變化為:,與 的振動方向互相垂直,,沒有消光現(xiàn)象出現(xiàn),2)部分偏振光通過偏振片后的光強度,3)部分偏振光的總光強,4)偏振度:,時, ,為自然光,時, ,是線偏
6、振光,注意: 與 是所有線偏振光在這兩個互相 垂直方向上的投影分量的非相干疊加。,例題1 自然光通過兩個偏振化方向的夾角為 60的偏振片后,透射光強為 I . 若在兩偏振片間再插入另一偏振片,它與前兩者的偏振化方向的夾角均為 30,則此時透射光光強為多少?,解,例題2 一束光由自然光和線偏振光混合組成,當它通過一轉(zhuǎn)動的偏振片時,透射光光強的最大值是最小值的 5 倍。求入射光中自然光和線偏振光的光強各占入射光光強的幾分之幾?,解,設(shè)入射光光強為 I0 ,其中自然光光強為 I10 , 線偏振光強度為 I20,設(shè)通過偏振片后的光強分別為 I ,I1 ,I2,為什么?,例題3: P309例5.1,7圓
7、偏振光,1)圓偏振光的定義:,在垂直光傳播方向的平面上, 只有單一的振動矢量,,振動矢量的大小不變, 振動方向勻速轉(zhuǎn)動,,振動矢量的端點描繪成一個圓形軌跡。,2)圓偏振光通過偏振片后的光強度,若入射光強為:,旋轉(zhuǎn)偏振片P一周, 出射光強不變化,3)圓偏振光能夠分解成兩束互相 垂直的線偏振光,結(jié)論:,(1)圓偏振光可以分解為兩個互相垂直 的振幅相等、相位差為 的線偏振光。,(2)可以由這兩束線偏振光來代替 這束圓偏振光。,4)圓偏振光的總光強:,5)左旋圓偏振光與右旋圓偏振光,若振動矢量 順時針旋轉(zhuǎn)就稱為 右旋圓偏振光,此時:,若振動矢量 逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為 左旋圓偏振光,此時:,(2)證明:若圓
8、偏振光的 , 則振動矢量 逆時針旋轉(zhuǎn)。,證明:,已知:,如圖所示,由 到,旋轉(zhuǎn)走向為逆時針方向。,8橢圓偏振光,1)橢圓偏振光定義:,在垂直光傳播方向的平 面上,只有單一的振動 矢量,振動矢量的大小 和方向不斷地改變, 振動矢量的端點描繪成 一個橢圓形軌跡。,2)橢圓偏振光通過偏振片后的光強度,若入射的部分偏振光強為,旋轉(zhuǎn)偏振片P一周,出射光強的變化為:,與 的振動方向垂直。,沒有消光現(xiàn)象出現(xiàn),3)橢圓偏振光能夠分解成兩束互相 垂直的線偏振光,當 時,,若消去參量方程中的t,有:,這正是橢圓方程式,結(jié)論:,(1)橢圓偏振光可以分解為兩個互相 垂直的振幅不相等的相位差固定、 但不等于 或 0的線
9、偏振光。,(2)可以由這兩束線偏振光來代替這 束橢圓偏振光。,4)橢圓偏振光的總光強:,5)左旋與右旋橢圓偏振光,定義:,迎著光線傳播的方向觀看,,若振動矢量 順時針旋轉(zhuǎn)就稱為 右旋橢圓偏振光,,若振動矢量 逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為 左旋橢圓偏振光。,6)各種相位差對應的橢圓偏振態(tài)圖,(1)當坐標系為如圖所示時,(2)參量方程為:,(3)就有如下的各種相位差對應的橢圓偏振態(tài)圖,(4)若參量方程用復振幅表示,則為:,,,。,,,7)自然光能夠分解成兩束線偏振光,兩束線偏振光的關(guān)系是:,(1)分解的方向可以任意,但兩束線偏振光 的方向必須互相垂直,(2)兩束線偏振光的光強相等,均為,(3)兩束線偏振光的相位差隨時間變化, 不穩(wěn)定。,(4)可以用分解成的兩束線偏振光代替 這束自然光,8)為什么自然光只能由相位差不 穩(wěn)定的兩束線偏振光代替。,若兩束線偏振光之間有穩(wěn)定的相位差,,就能合成線偏振光、圓偏振光或
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