大学物理课件14光的偏振.ppt

第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振14-1 自然光和偏振光自然光和偏振光14-2 起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律14-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振14-4 光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振14-1 自然光和偏振光自然光和偏振光F电磁波中起光作用的是电场矢量电磁波中起光作用的是电场矢量(光矢光矢量量)F偏振态：偏振态：光矢量的振动状态光矢量的振动状态F五种偏振态：五种偏振态：自然光，线偏振光，部自然光，线偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光，圆偏振光分偏振光，椭圆偏振光，圆偏振光14-114-1 自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振1.自然光自然光F在垂直于光传播方向的平面内，各个在垂直于光传播方向的平面内，各个方向光矢量的振幅相等方向光矢量的振幅相等14-114-1 自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振 2.线线偏振光偏振光F光光矢矢量量只只沿沿一一个个固固定定方方向向振振动动(又又称称平平面偏振光面偏振光)振动面振动面光矢量光矢量14-114-1 自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振3.部分偏振光部分偏振光F在垂直于光传播方向的平面内，各方在垂直于光传播方向的平面内，各方向都有光振动，但振幅不等向都有光振动，但振幅不等14-114-1 自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振 F在在垂垂直直于于光光的的传传播播方方向向的的平平面面内内，光光矢量以一定的频率旋转矢量以一定的频率旋转4.圆和椭圆偏振光圆和椭圆偏振光F椭圆偏振光：椭圆偏振光：矢量端点轨迹为椭圆矢量端点轨迹为椭圆F圆偏振光：圆偏振光：矢量端点轨迹为圆矢量端点轨迹为圆14-114-1 自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光自然光和偏振光第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振偏振片偏振片14-2 起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律一、起偏与检偏一、起偏与检偏F偏振片：偏振片：吸收某方向光振动，而与其吸收某方向光振动，而与其垂直方向的光振动能通过的装置垂直方向的光振动能通过的装置偏振化偏振化方向方向F偏振化方向：偏振化方向：能通过光振动的方向能通过光振动的方向14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振F检偏：检偏：用偏振片检验光线的偏振化程用偏振片检验光线的偏振化程度度F起偏：起偏：自然光通过偏振片后变为线偏自然光通过偏振片后变为线偏振光振光起偏起偏检偏检偏14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振二、马吕斯定律二、马吕斯定律-马吕斯定律马吕斯定律14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振(1)=0或或 =1800时时,I2=I1光强最强光强最强讨论：讨论：(2)=900或或=2700时时,I=0光强最弱光强最弱问题：问题：之间插入另一偏振之间插入另一偏振片，情况如何？片，情况如何？14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振例例1两平行放置的偏振片，偏振化方向两平行放置的偏振片，偏振化方向成成300角，自然光垂直入射后，透射光与角，自然光垂直入射后，透射光与入射光的强度之比为多少入射光的强度之比为多少?(分别讨论无分别讨论无吸收和吸收和10%的吸收的情况的吸收的情况)解：解：(1)无吸收时无吸收时根据马吕斯定律根据马吕斯定律14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振(2)10%吸收时吸收时14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振例例2强度分别为强度分别为I1、I2的自然光和线偏的自然光和线偏振光同时垂直入射于偏振片振光同时垂直入射于偏振片P1，在，在E处观处观察通过偏振片察通过偏振片P2后的光强。后的光强。(1)P1任意放任意放置后不动置后不动,将将P2以光线方向为轴转动一以光线方向为轴转动一周周,计算并讨论在计算并讨论在E处所观察的光强变化处所观察的光强变化情况；情况；(2)要在要在E处得到最大光强，应如处得到最大光强，应如何实现何实现?解：解：(1)设设P1、P2的的偏振化方向夹角为偏振化方向夹角为 14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振入射偏振光振动入射偏振光振动方向与方向与P1偏振化偏振化方向夹角设为方向夹角设为 自然光：自然光：线偏振光：线偏振光：因因I1”和和I2”是非相干光是非相干光14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振即在即在E处观察到的光强随处观察到的光强随P2的转动而周期性变化的转动而周期性变化时时时时(2)在在E处得到最大光强，处得到最大光强，须同时满足须同时满足 ，则则14-214-2 起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振 14-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振一、部分偏振现象一、部分偏振现象F自然光在两各向同性自然光在两各向同性媒介分界面上：媒介分界面上：F特点：特点：反、折射光均为反、折射光均为部分部分偏振光偏振光反射光垂直入射面的振动较强，反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之折射光反之14-314-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振二、二、布儒斯特定律布儒斯特定律F1812年年布儒斯特发现：布儒斯特发现：布儒斯特角布儒斯特角布儒斯特角布儒斯特角此时有此时有由折射定律由折射定律14-314-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振-布儒斯特定布儒斯特定律律某入射角时，某入射角时，反射光反射光为线偏振光，振动方为线偏振光，振动方向垂直于入射面向垂直于入射面第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振说明：说明：(1)i=i0时，反射光为线时，反射光为线偏振光，偏振光，折射光仍是折射光仍是部分偏振光部分偏振光，但此时，但此时偏振化程度最高偏振化程度最高(2)反射光光强较弱，折射光较强反射光光强较弱，折射光较强(3)自自然然光光通通过过玻玻璃璃片片堆堆，可可使使折折射射光光的的偏偏振振化化程程度度增增加加。玻玻璃璃片片足足够够多多时时，可使折射光为完全偏振光可使折射光为完全偏振光14-314-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振例例3将一介质平板放在水中将一介质平板放在水中,板面与水板面与水平面的夹角为平面的夹角为，如图。已知折射率，如图。已知折射率n水水=1.333，n介质介质=1.681，要使水面和介质面，要使水面和介质面反射光均为线偏振光反射光均为线偏振光,求求 解：解：如图所示如图所示根据布儒斯特根据布儒斯特定律定律14-314-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振又又14-314-3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振14-4 光的双折射现象光的双折射现象一、一、双折射现象双折射现象双双折折 射射双双 折折 射射双双 折折方解石方解石晶体晶体o光光e光光寻常光寻常光(o光光)：遵守折遵守折射定律射定律非常光非常光(e光光)：不遵守不遵守折射定律折射定律14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振F当方解石晶体当方解石晶体旋转时，旋转时，o光光不动，不动，e光围光围绕绕o光旋转光旋转14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振 二、双折射光的偏振特点二、双折射光的偏振特点1.概念概念F光轴：光轴：光线在晶体中沿某一方向传播光线在晶体中沿某一方向传播时不发生双折射现象，时不发生双折射现象，这一方向称为晶这一方向称为晶体的光轴体的光轴l单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体，如，如方解石、石英等方解石、石英等l双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体，如，如云云母、硫磺母、硫磺等等14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振F主主截截面面：光光轴轴和和晶晶体体表面法线组成的平面表面法线组成的平面F主平面：主平面：o光或光或e光与光光与光轴组成的平面轴组成的平面光轴光轴法线法线主截面主截面光轴光轴o光光e光光14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振F一般情况下，一般情况下，e光不一定在入射面内，光不一定在入射面内，o光和光和e光的主平面并不重合光的主平面并不重合光轴光轴o光光光轴光轴e光光o光主平面光主平面e光主平面光主平面光轴光轴o光光e光光14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振(1)o光和光和e光均为线偏振光光均为线偏振光2.特点特点14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振(2)o光的振动方向垂直于它自己的主平光的振动方向垂直于它自己的主平面，面，e光的振动方向平行于它自己的主光的振动方向平行于它自己的主平面平面o光光e光光14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振(3)当当入入射射面面是是晶晶体体的的主主截截面面时时,o光光和和e光光的的主主平平面面重重合合，此此时时o光光与与e光光的的振振动方向相互垂直动方向相互垂直光轴光轴14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振三、三、双折射现象的解释双折射现象的解释F原因：原因：o光在晶体内的速度各向同性，光在晶体内的速度各向同性，e光却是各向异性光却是各向异性o光：光：子波波面为球形面子波波面为球形面e光：光：子波波面为椭球面子波波面为椭球面正晶体正晶体负晶体负晶体14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振光轴光轴光轴光轴F惠更斯原理解释惠更斯原理解释14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振光轴光轴光轴光轴14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象第十四章第十四章第十四章第十四章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振四、四、尼科尔棱镜尼科尔棱镜加拿大树胶加拿大树胶方解石方解石晶体晶体14-4 14-4 光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象光的双折射现象