物理下光的偏振课件精.ppt

物理下光的偏振课件物理下光的偏振课件第1页，本讲稿共19页 自然光自然光：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量，且在所有可能的方向上振幅都相等（轴对称）这样的光叫量，且在所有可能的方向上振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光自然光.自然光用两互相自然光用两互相垂直垂直、互为独、互为独立（立（无确定无确定的的相位相位关系）且振幅相关系）且振幅相等的光振动表示等的光振动表示,并各具有并各具有一半一半的的振动能量振动能量.符号表示符号表示注意注意 两光矢量间无固定的相位关系两光矢量间无固定的相位关系.两互相垂直方向是任选的两互相垂直方向是任选的.第2页，本讲稿共19页 偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）符号表示符号表示 部分偏振光部分偏振光：某一方向的光振动比与之垂直方向：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光上的光振动占优势的光为部分偏振光.符号表示符号表示光矢量只沿某一固定方向振动的光称为线偏振光。光矢量只沿某一固定方向振动的光称为线偏振光。振动面振动面第3页，本讲稿共19页 起起 偏偏 13.10偏振片的起偏与检偏偏振片的起偏与检偏 马吕马吕斯定律斯定律 二向色性二向色性:某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这而只让与这个方向垂直的光振动通过个方向垂直的光振动通过,这种性质称二向色性这种性质称二向色性.偏振片偏振片 ：涂有二向色性材料的透明薄片：涂有二向色性材料的透明薄片.偏振化方向偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光振动通过，这个方向叫偏振片的偏振化方向向的光振动通过，这个方向叫偏振片的偏振化方向.偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器一、一、偏振片偏振片第4页，本讲稿共19页检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器第5页，本讲稿共19页NM二、马吕斯定律二、马吕斯定律（1880 年）年）检偏器检偏器起偏器起偏器NM 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的偏振的偏振光通过检偏振器后光通过检偏振器后,出射光的强度为出射光的强度为第6页，本讲稿共19页 例例1 有两个偏振片有两个偏振片,一个用作起偏器一个用作起偏器,一个用作检一个用作检偏器偏器.当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时,一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ;当它们偏振化方向间当它们偏振化方向间的夹角为的夹角为 时时,另一束单色自然光穿过它们另一束单色自然光穿过它们,出射光出射光强为强为 ,且且 .求两束单色自然光的强度之比求两束单色自然光的强度之比.解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为 和和 .经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 .经过检偏器后经过检偏器后第7页，本讲稿共19页 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系.讨论讨论第8页，本讲稿共19页第9页，本讲稿共19页 入射面入射面 入射光线和界面入射光线和界面法线所成的平面法线所成的平面.反射光反射光 垂直于入射面的垂直于入射面的光振动占优势的光振动占优势的部分偏振光部分偏振光.折射光折射光 平行于入射面的光振动占优势的平行于入射面的光振动占优势的部分偏振部分偏振光光.一、反射与折射时的偏振一、反射与折射时的偏振 13.11反射与折射时的偏振反射与折射时的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律空气空气玻璃玻璃第10页，本讲稿共19页二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律（1815年）年）i0称为称为布儒斯特角或起偏角布儒斯特角或起偏角。当当 ，反射光为振动面，反射光为振动面垂直入射面的完全偏振光垂直入射面的完全偏振光布布儒斯特定律。儒斯特定律。玻璃玻璃空气空气实验表明实验表明：反射光的偏振化程度与入：反射光的偏振化程度与入射角有关射角有关.即反射光和折射光互相垂直即反射光和折射光互相垂直.第11页，本讲稿共19页注意注意 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃,反射光的强度约占入射光反射光的强度约占入射光强度的强度的7.5%,大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃.利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光第12页，本讲稿共19页讨论讨论画出下列光线的反射和折射（画出下列光线的反射和折射（起偏角起偏角 ）光）光线线.第13页，本讲稿共19页一、一、双折射现象双折射现象恒量恒量玻璃玻璃折折 射射 定定 律律13.12双折射现象双折射现象光通过光通过双折射晶体双折射晶体 双折射现象双折射现象:在各向异性介质内，一束在各向异性介质内，一束入射光被分成两束折射光的现象。入射光被分成两束折射光的现象。第14页，本讲稿共19页 寻常光线（寻常光线（o o光）光）(ordinary rays)(ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线(extraordinray rays)非常光线（非常光线（e e光）光）不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线o o光和光和e e光为振动方向不同的线偏振光光为振动方向不同的线偏振光.折射光的特性：折射光的特性：光轴光轴 在这类晶体中存在一个或两个特殊的方向，当光线沿在这类晶体中存在一个或两个特殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象这一方向传播时不发生双折射现象.这一方向称为晶体的这一方向称为晶体的光轴光轴.第15页，本讲稿共19页 主截面主截面 晶体表面法线与光轴所成的平面晶体表面法线与光轴所成的平面.o 光的光振动光的光振动垂直于垂直于主截面，主截面，e光的光振动光的光振动平行平行于主面于主面.光轴光轴 光光 光光 自然光通过方解石使自然光通过方解石使o o光和光和e e光的偏光的偏振情形振情形.第16页，本讲稿共19页 二、产二、产 生生 双双 折折 射射 的的 原原 因因O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面光轴光轴 寻常光线寻常光线 在晶体中各方在晶体中各方向上传播速度相同向上传播速度相同.常量常量 非常光线非常光线 晶体中各方晶体中各方向上传播速度不同向上传播速度不同,随方向随方向改变而改变改变而改变.为主折射率为主折射率第17页，本讲稿共19页偏振光的应用偏振光的应用 光的偏振在科学技术及工业生产中有着广泛的应用。比如在机械工光的偏振在科学技术及工业生产中有着广泛的应用。比如在机械工业中，利用偏振光的干涉来分析机件内部应力分布情况，这就是光测弹性业中，利用偏振光的干涉来分析机件内部应力分布情况，这就是光测弹性力学的课题。在化工厂里，我们可以利用偏振光测量溶液的浓度。偏光干力学的课题。在化工厂里，我们可以利用偏振光测量溶液的浓度。偏光干涉仪、偏光显微镜在生物学、医学、地质学等方面有着重要的应用。在航涉仪、偏光显微镜在生物学、医学、地质学等方面有着重要的应用。在航海、航空方面则制出了偏光天文罗盘。海、航空方面则制出了偏光天文罗盘。下面我们介绍两个日常生活中应用偏振光的实例：下面我们介绍两个日常生活中应用偏振光的实例：1 1、汽车车灯、汽车车灯 汽汽车车夜夜间间在在公公路路上上行行驶驶与与对对面面的的车车辆辆相相遇遇时时，为为了了避避免免双双方方车车灯灯的的眩眩目目，司司机机都都关关闭闭大大灯灯，只只开开小小灯灯，放放慢慢车车速速，以以免免发发生生车车祸祸。如如驾驾驶驶室室的的前前窗窗玻玻璃璃和和车车灯灯的的玻玻璃璃罩罩都都装装有有偏偏振振片片，而而且且规规定定它它们们的的偏偏振振化化方方向向都都沿沿同同一一方方向向并并与与水水平平面面成成4545度度角角，那那么么，司司机机从从前前窗窗只只能能看看到到自自已已的的车车灯灯发发出出的的光光，而而看看不不到到对对面面车车灯灯的的光光，这这样样，汽汽车车在在夜夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。第18页，本讲稿共19页2 2、观看立体电影、观看立体电影 在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。如果设法使个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得到立体感。为此，在放映时，两个放像机每个放像机镜头到立体感。为此，在放映时，两个放像机每个放像机镜头上放一个偏振片，上放一个偏振片，两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片的偏振化方向与左面放像左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，机上的偏振化方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了。第19页，本讲稿共19页