5-2线偏振光与部分偏振光.ppt

振动面振动面u 左左图图中中线线段段表表示示光光振振动动平平行行于于图图面面的的线线偏偏振振光光,点点子子表表示示光光振振动动垂垂直直于于图图面面.画画出出相相同同的的点点和和线线段段表表示示自自然然光光,用用来来表表示示各各个个方方向向光振动几率相同光振动几率相同.线偏振光线偏振光线偏振 光光振振动动电电矢矢量量总总是是在在一一个个固固定定的的平平面面内内,所所以以这这种种偏偏振振光光又又叫叫做做平平面面偏偏振振光光.在在与与光光传传播播方方向向垂垂直直的的平平面面内内，电电矢矢量量端端点点的的轨轨迹迹是是一一条条直线直线,光振动只改变振幅大小，不改变方向光振动只改变振幅大小，不改变方向.5.2 5.2 线偏振光与部分偏振光线偏振光与部分偏振光 部分偏振光 partial/占优振动方向随机变化，某一方向振幅最大（振动占优势），与其垂直方向振幅最小。=+部分偏振光可视为一个平面偏振光和一个自然光的混合部分偏振光的图示法：占优偏振度偏振度偏振度偏振度定义：Imax：强度最大方向光强Imin：强度最小方向光强偏振度最小，自然光部分偏振光偏振度最大，线偏振光 利用反射和折射 利用二向色性 利用晶体双折射 利用散射（略）从实用的角度看，首先必须解决两大问题：1、如何判别光源的偏振态；偏振光的检验2、如何从普通光源中取得偏振光起偏振器：用某种方式从自然光中获得偏振光的光学元件光矢量对传播方向的偏振性，在与物质的作用过程中，一定有所反映。一、二向色性与偏振片二向色性：某些各向异性晶体对不同方向光振动具有选择吸收的性质天然晶体中，电气石（六角形片状）具有最强的二向色性1mm厚的电气石晶体可把垂直于光轴振动的光矢量全部吸收！六角形长对角线方向为光轴EE光轴：E光轴：吸收很少通过较多通过很少吸收较多自然光入射线偏振光出射二、人造偏振片：透振方向：允许通过光矢量振动的方向。优点：造价低廉；面积大，通光孔径大；轻便。缺点：带有选择性吸收，使透射的偏振光带有颜色。通！不通！透振方向入射光/透振方向入射光透振方向透明聚乙烯醇片，强烈吸收某一方向上的光振动，透射光成为线偏振光。形象说明偏振片的原理透振方向腰横别扁担进不了城门！马吕斯马吕斯马吕斯马吕斯 (Etienne Louis(Etienne Louis MalusMalus 1775-1812 1775-1812)马吕斯从事光学方面的研究。马吕斯从事光学方面的研究。马吕斯从事光学方面的研究。马吕斯从事光学方面的研究。18081808年发现反射时光的偏振，年发现反射时光的偏振，年发现反射时光的偏振，年发现反射时光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究了光在晶体中的双折射现象，了光在晶体中的双折射现象，了光在晶体中的双折射现象，了光在晶体中的双折射现象，18111811年，他与年，他与年，他与年，他与J.J.毕奥各自独立地毕奥各自独立地毕奥各自独立地毕奥各自独立地发现折射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一发现折射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一发现折射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一发现折射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一系列偏振仪器。系列偏振仪器。系列偏振仪器。系列偏振仪器。法国物理学家及军事工程师。出生于法国物理学家及军事工程师。出生于法国物理学家及军事工程师。出生于法国物理学家及军事工程师。出生于巴黎，巴黎，巴黎，巴黎，17961796年毕业于巴黎工艺学院，曾年毕业于巴黎工艺学院，曾年毕业于巴黎工艺学院，曾年毕业于巴黎工艺学院，曾在工程兵部队中任职。在工程兵部队中任职。在工程兵部队中任职。在工程兵部队中任职。18081808年起在巴黎年起在巴黎年起在巴黎年起在巴黎工艺学院工作。工艺学院工作。工艺学院工作。工艺学院工作。18101810年被选为巴黎科学年被选为巴黎科学年被选为巴黎科学年被选为巴黎科学院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。三、马吕斯定律 Law of Mulus偏振片可作起偏器：使自然光变成线偏振光检偏器：鉴别自然光、线偏振光、部分偏振光2、设：P1 为起偏器，P2 为检偏器，通过P1 的光强为I，振幅 为A，求通过P2 的光强为IP1 和 P2 透振方向平行时：I=I cos20=I P1 和 P2 透振方向成角时：I=I cos2P1 和 P2 透振方向垂直时：I=I cos290=0马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律1、自然光通过起偏器的情形若入射光为 I0，有出射光：自然光通过偏振片该偏振片可从自然光中取得线偏振光所以称为起偏器P1入射 的自然光光强为I0从P1出射线偏振光光强为 I=I0/2Ax=AyP1P1P2P1 和 P2 透振方向平行过P1 的线偏振光光强为I从P2 出射光强为 I=I cos20=IP2旋转P2可鉴别自然光、线偏振光、部分偏振光，P2称为检偏器P1AP2P2P1P1P2P1 和 P2 透振方向成角时过P1 的线偏振光光强为I从P2 出射光强为 I=A/2=I cos2P1P1P2P2P1 和 P2 透振方向垂直时过P1 的线偏振光光强为I从P2 出射光强为 I=I cos290=0消光.检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光 I0 光强不变I=I0/2.检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光 I0 光强不变I=I0/2.检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光 I0 光强不变I=I0/2.检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光 I0 光强不变I=I0/2.检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光 I0 光强不变I=I0/2.检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光 I0 光强不变I=I0/2.检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光 I0 光强不变I=I0/2.起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强变化！.偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化自然光线偏振光起偏器检偏器光强变化！.偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化自然光线偏振光起偏器检偏器光强变化！.偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化自然光线偏振光起偏器检偏器光强变化！.偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化自然光线偏振光起偏器检偏器光强变化！.偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化自然光线偏振光起偏器检偏器光强变化！.偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化自然光线偏振光起偏器检偏器光强变化！.两偏振片的偏振化方向相互垂直时光强为零！偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化自然光线偏振光起偏器检偏器光强变化！光强为光强为 I0 的自然光相继通过偏振片的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后光强后光强为为I0/8，已知已知P1 P3，问：问：P1、P2间夹角为何？间夹角为何？解解:分析分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例题例题例题例题：两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动180 时透射光强时透射光强度发生的变化为度发生的变化为:B （A）光强单调增加；光强单调增加；（B）光强先增加，后又减小至零；光强先增加，后又减小至零；（C）光强先增加，后减小，再增加；光强先增加，后减小，再增加；（D）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。.四、反射光的偏振态S波：光矢量垂直于入射面 自然光入射在两各向同性介质表面，反射、折射光线的偏振状态？自然光在介质界面上反射时，分解成P波：光矢量平行于入射面由费涅耳公式知S波和P波反射系数不一样1、一般情况 一般入射角 i，反射光和透射光均为部分反射光.自然光分解成平行于入射面和垂直于入射面的两个分量反射光的S波比P 波强透射光的P 波比S 波强n1n2根据根据p p分量振幅反射比分量振幅反射比当当时时,分母无穷大分母无穷大,因此任何偏振态的光因此任何偏振态的光,若以满足若以满足的的入入射射角角入入射射时时,反反射射光光中中只只有有 s s 分分量量,没没有有p p分分量量,p p 分分量量全全部部透透射射.此此时时的的入入射射角角称称为为布布儒儒斯斯特特角角(也也叫叫偏偏化角化角),),记为记为 布儒斯特角2、特殊情况（布儒斯特定律 Brewsters Law）n1n2.由费涅耳公式知当反射光为光矢量垂直于入射面的完全偏振光.i2/2i0透射光为部分偏振光 i0 称为起偏振角布儒斯特角.因此反射光中只有因此反射光中只有s s分量分量.透射光为部分偏振光透射光为部分偏振光.空气中折射率为空气中折射率为1.51.5的平板玻璃的平板玻璃,自然光以布儒斯特角自然光以布儒斯特角入射到第一界面上入射到第一界面上.第二界面上的入射角也恰为布儒斯特角第二界面上的入射角也恰为布儒斯特角例如例如:玻璃片堆的反射起偏和透射起偏玻璃片堆的反射起偏和透射起偏反射起偏和透射起偏反射起偏和透射起偏:自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆(由二十多个玻璃由二十多个玻璃片组成片组成)上上,反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光.透射透射光偏振度非常高光偏振度非常高,也可视为线偏振光也可视为线偏振光,振动面平行于入射面振动面平行于入射面.获线偏振获线偏振.光矢量平行于入射面的线偏振光透射自然光入射光矢量垂直于入射面的线偏振光反射例题例题：画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。（1）测不透明介质的折射率。）测不透明介质的折射率。（2）制作偏振摄像镜头、太阳镜、棱镜等光学器件。）制作偏振摄像镜头、太阳镜、棱镜等光学器件。（3）激光器的布氏窗。）激光器的布氏窗。（4）立体电影、车窗、飞机舷窗等的制作。）立体电影、车窗、飞机舷窗等的制作。应用：应用：汽车车灯汽车车灯 汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。生物的生理机能与偏振光生物的生理机能与偏振光 人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支复眼、两支复眼，每个复眼包含有63006300个个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光导航利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。（C）偏光镜消除了反射偏振光，使玻璃门内的人物清晰可见（A）玻璃门表面的反光很强（B）用偏光镜减弱了反射偏振光橱窗设计橱窗设计 摄摄影影用用的的偏偏光光镜镜如如选选择择适适当当角角度度,可可消消除除或或减减弱弱水水和和玻玻璃璃等等非非金金属属表表面面的的反反光光,这是为什么这是为什么?考考思思 题题