第五章光的偏振1.ppt

第节自然光、偏振光、马吕斯定律第节自然光、偏振光、马吕斯定律对传播方对传播方向不对称向不对称横波横波一、横波与偏振现象一、横波与偏振现象 对传播方对传播方向对称向对称纵波纵波机械横波机械横波的检验的检验若振动方向平行若振动方向平行AB 通通若把若把AB旋旋900 则则 不通不通只有横波有偏振现象只有横波有偏振现象 而纵波无偏振问题而纵波无偏振问题如何检验光的横波性呢？如何检验光的横波性呢？光矢量对传播方向的偏振性在与物质的作用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过程中一定有所反映 二向色性：二向色性：大分子物质对不同振动方向的电大分子物质对不同振动方向的电矢量矢量吸收系数吸收系数不同。不同。如：电气石，能强烈吸收与晶体光轴垂直的电矢量，而对与光轴平行的如：电气石，能强烈吸收与晶体光轴垂直的电矢量，而对与光轴平行的电矢量吸收很少。电矢量吸收很少。通光方向或通光方向或偏振化方向偏振化方向偏振片：偏振片：含有二向色性材料的透明薄片。含有二向色性材料的透明薄片。偏振化方向：偏振化方向：偏振片上能透过电矢量振动的方向偏振片上能透过电矢量振动的方向通光方向通光方向通通不通不通光光的的横横波波性性验验证证形象说明偏形象说明偏振片的原理振片的原理通光方向通光方向腰横别扁担进不了城门腰横别扁担进不了城门1 1.线偏振光线偏振光 (平面偏振光平面偏振光)面对光的传播方向观察面对光的传播方向观察线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解(光振动平行板面光振动平行板面)(光振动垂直板面光振动垂直板面)线偏振光的表示法线偏振光的表示法二、光源的偏振状态二、光源的偏振状态 一个原子一次发光一定是偏振光一个原子一次发光一定是偏振光 如何得到可实用的线偏振光呢如何得到可实用的线偏振光呢?特殊特殊光源光源如外腔式如外腔式激光器激光器更多的途径是更多的途径是从从普通光源中普通光源中获取获取 普通光源的偏振态普通光源的偏振态 通常是自然光和部分偏振光通常是自然光和部分偏振光2 2.自然光自然光自然光源发光的特点：大量原子随机、间歇、独立地发光自然光源发光的特点：大量原子随机、间歇、独立地发光总特征：电矢量空间和时间分布具有均匀性总特征：电矢量空间和时间分布具有均匀性面对光的传播方向观察面对光的传播方向观察自自然然光光可可分分解解为为两两个个相相互互独独立立、没没有有固固定定相相位位关关系系、等等振振幅幅且且振振动方向相互垂直的线偏振光动方向相互垂直的线偏振光。由轴对称分布，无固定相位关系等振幅的大量线偏振光集合而成自然光的表示法自然光的表示法注：两相互垂直的分量无固定的相位，是非相干的，不能注：两相互垂直的分量无固定的相位，是非相干的，不能合成为一个独立的矢量。合成为一个独立的矢量。3 3.部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光部部分分偏偏振振光光可可用用两两个个相相互互独独立立、没没有有固固定定相相位位关关系系、不不等等振振幅幅且且振振动动方向相互垂直的线偏振光表示。方向相互垂直的线偏振光表示。由无固定相位关系，两方向的振幅不等的大量线偏振光集合而成部分偏振光的表示法部分偏振光的表示法平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强4 4.偏振度偏振度部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合,设部分偏振设部分偏振光的强度为光的强度为It ,其中自然光强度为其中自然光强度为In ，线偏振光的强度为线偏振光的强度为Ip,则有则有线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光自然光自然光偏振度偏振度 一束部分偏振光一束部分偏振光,当它通过一偏振片时当它通过一偏振片时,发现光强取决于偏振发现光强取决于偏振片的取向可以变化片的取向可以变化 5 倍。倍。例例解解依题意得依题意得求求 此光的偏振度。此光的偏振度。第一第一 如何判别光源如何判别光源的偏振态的偏振态偏振光的检验偏振光的检验三个基本途径三个基本途径原理：原理：二向色性二向色性 布儒斯特定律布儒斯特定律双折射双折射第二第二 如何从普通光如何从普通光源中取得偏振光源中取得偏振光从实用的角度从实用的角度 必须解决必须解决两两大问题大问题偏偏振振化化方方向向自自然然光光振振线线偏偏光光偏振片偏振片第一种第一种从普通光源中获取偏振光的方法从普通光源中获取偏振光的方法利用偏振片（二向色性）可以获取偏振光利用偏振片（二向色性）可以获取偏振光三、三、偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律1.1.起偏和检偏起偏和检偏自然光自然光I0线偏振光线偏振光I偏振化方向偏振化方向线偏振光线偏振光I2.2.马吕斯定律马吕斯定律(马吕斯定律马吕斯定律)消光消光当当;当当起偏器起偏器检偏器检偏器据此可检测光束是否为偏振光：改变偏振片方向，自然光光强不改变，偏振光则会改变。平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成 60 夹角。让夹角。让自然光垂直入射后自然光垂直入射后,下列两种情况下：下列两种情况下：(1)两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收例例(1)无吸收时，有无吸收时，有解解(2)有吸收时，有有吸收时，有(2)两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收了了10%的能量的能量求求透射光的光强与入射光的光强之比是多大？透射光的光强与入射光的光强之比是多大？1 1、现象、现象自然光入射在两各向同性介质表面自然光入射在两各向同性介质表面观察反射光观察反射光 折射光线的偏振状态折射光线的偏振状态四、四、反射和折射产生的偏振反射和折射产生的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律 一般入射角的情况一般入射角的情况反射光反射光 折射光都是折射光都是部分偏振光部分偏振光 反射光中反射光中 垂直入射面振动占优垂直入射面振动占优折射光中折射光中平行入射面振动占优平行入射面振动占优当当i i1 1+i+i2 2=90=90o o 时，时，偏振状偏振状态态:n反射光反射光-完全偏振光完全偏振光n折射光折射光-部分偏振光部分偏振光反射光线与折射光线垂直反射光线与折射光线垂直2.布儒斯特定律布儒斯特定律 10i1n2n0i2i此时，对应的入射角以i10表示，称为布儒斯特角或起偏角。线偏振光线偏振光例，自学玻璃片堆起偏和检偏玻璃片堆起偏和检偏玻璃片堆玻璃片堆线偏振光线偏振光例如例如 n1=1.00(空气空气)，n2=1.50(玻璃玻璃)，则，则空气空气玻璃玻璃玻璃玻璃空气空气入射自然光入射自然光3、用玻片堆可获得两束线偏振光、用玻片堆可获得两束线偏振光 n层共个介面应用例子：偏光镜头应用例子：偏光镜头 橱窗设计橱窗设计 立体电影立体电影（C C）用偏光镜用偏光镜消除消除了了反射偏振光反射偏振光 使使玻璃门内的人物玻璃门内的人物清晰可见清晰可见（A A）玻璃门玻璃门表面的表面的反光很强反光很强（B B）用偏光镜用偏光镜减弱减弱了反射偏振光了反射偏振光外外腔腔式式激激光光管管加加装装布布儒儒斯斯特特窗窗，可可使使出出射射光光为为线线偏偏振振光光，并减少反射损并减少反射损 外腔式激光器的布儒斯特窗外腔式激光器的布儒斯特窗 i10激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i10i10i10