高二物理竞赛光的偏振课件.pptx

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1、12.112.1光的偏振状态光的偏振状态 马吕斯定律马吕斯定律1. 1. 线偏振光线偏振光E播播传传方方向向振振动动面面面对光的传播方向看面对光的传播方向看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EEyEx yx sincosEEEEyx 第第1212章章 光的偏振光的偏振 (Polarization of light)(Polarization of light)一一. .光的几种偏振状态光的几种偏振状态偏光麻将偏光麻将线偏振光的表示法：线偏振光的表示法： 光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面2. 2. 自然光自然光没有优势方向没有优势方向自然

2、光的分解自然光的分解一束自然光可分解为两束振动方向相一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。yxEE yxIII 自然光的表示法：自然光的表示法：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分偏振光可分解为两束振动方向相互部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。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右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振

3、光偏振光 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光E随随z的变化的变化E 04. 4. 圆偏振光圆偏振光, , 椭圆偏振光（了解）椭圆偏振光（了解）二二. . 起偏起偏 起偏的原理起偏的原理：利用某种光学的不对称性利用某种光学的不对称性 偏振片偏振片微晶型微晶型分子型分子型x yzz线栅起偏器线栅起偏器 入射入射电磁波电磁波 起偏：起偏：从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光 起偏器起偏器: : 起偏起偏的光学器件的光学器件非偏振光非偏振光线偏振光线偏振光光轴光轴电气石晶片电气石晶片非偏振光非偏振光I0线偏振光线偏振光 IP偏振化方向偏振化方向 (透振方向透振方向

4、)021II 三三. . 马吕斯定律马吕斯定律 I0IPP E0 E=E0cos , 2 0 0EI 20cosII 0max0III ， 02 I， 偏振片的起偏偏振片的起偏马吕斯定律马吕斯定律（18091809）消光消光 2 2 0 2 cos EEI 四四. . 检偏检偏用偏振器件分析、检验光的偏振态用偏振器件分析、检验光的偏振态I?P待检光待检光思考：思考： I不变不变？是什么光？是什么光 I变，有消光变，有消光？是什么光？是什么光 I变，无消光变，无消光？是什么光？是什么光五五. . 应用应用12.2 12.2 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振一一. . 反射和折射时光的偏振反射

5、和折射时光的偏振i = = i0 0 时，反射光只有时，反射光只有S(S(垂直垂直) )分量分量i 0 0 布儒斯特角布儒斯特角或或 起偏角起偏角i0 0 + +r0 0 = 90= 90O O 由由 020201cossinsininrnin 有有布儒斯特定律布儒斯特定律 (1812(1812年年) )21120tannnni n1n2ii自然光反射和折射自然光反射和折射后产生部分偏振光后产生部分偏振光线偏振光线偏振光S起偏振角起偏振角rn1n2i0i0r0偏光摄影欣赏偏光摄影欣赏未加上偏光镜前，橱窗未加上偏光镜前，橱窗玻璃上呈现着大量街景玻璃上呈现着大量街景的反光。的反光。加上偏光镜后，反

6、光几加上偏光镜后，反光几乎完全消失，橱窗内的乎完全消失，橱窗内的布置可清晰呈现布置可清晰呈现偏光效果可抑制水面的偏光效果可抑制水面的反光，拍出水底的清澈反光，拍出水底的清澈感。感。未加上偏光镜前未加上偏光镜前若若 n1 1 =1.00 (=1.00 (空气空气) )，n2 2 =1.50 (=1.50 (玻璃玻璃) )，则：，则：互互余余空空气气玻玻璃璃玻玻璃璃空空气气 243350. 100. 1tan 815600. 150. 1tan 1010ii二二. . 玻璃片堆起偏和检偏玻璃片堆起偏和检偏 1. 1. 起偏起偏当当i = =i0 0时时自然光从空气自然光从空气玻璃玻璃%15 0 I

7、Ii0(接近线偏振光接近线偏振光) 2. 2. 检偏检偏 .玻璃片堆玻璃片堆12.3 12.3 光在晶体中的传播光在晶体中的传播, , 双折射双折射 方解石方解石oee o一一. . 双折射的概双折射的概念念1. 双折射现象双折射现象n1n2irore(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o光光e光光2.2.寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光o o光光 : : 遵从折射定遵从折射定律律orninsinsin21 e e光光 : : 一般不遵从折射定一般不遵从折射定律律常数常数 erisinsine e光折射线也不一定在入射面内。光折射线也不一定在入射面内。 3. 3. 晶体的光轴晶体的光轴当光

8、在晶体内沿某个特殊方向传播时当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不不发生双折射发生双折射且沿该方向且沿该方向o o光光e e光光传播速度相同，传播速度相同，该方向称为晶体的该方向称为晶体的光轴。光轴。例如，方解石晶体例如，方解石晶体( (冰洲石冰洲石) )AB光轴光轴102 光轴是一特殊的方向光轴是一特殊的方向, ,凡平凡平行于此方向的直线均为光轴。行于此方向的直线均为光轴。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双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体4. 4. 主平面和主截面主平面和主截面主平面：主平面：晶体中光的传播方向与晶体晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面

9、。光轴构成的平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面主截面主截面（了解）（了解）：晶体表面的法线与晶体光轴晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。构成的平面。二二. . 晶体的主折射率，正晶体、负晶体晶体的主折射率，正晶体、负晶体光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，光的传播速度也不同。光的传播速度也不同。vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo to光光: :oocn e光光: :e cne n0 0 ，ne称为称为晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体正晶体 : : ne no负晶体负晶体 : : ne novo tve t光轴

10、光轴 负晶体负晶体 (vo ve) ( ( e o o) )三三. . 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法单轴晶体中光传播的惠更斯作图法( ( e e o o) )1. 1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射光轴平行晶体表面，自然光垂直入射 o o, , e e在方向上虽没分开，但速度上是分开的。在方向上虽没分开，但速度上是分开的。晶体晶体光轴光轴oe晶体晶体光轴光轴 2. 2. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面，光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射自然光斜入射ir0reo ot e eteo ctncriooo sinsinncrieee sinsine晶体晶体光轴光轴 3. 3. 光轴

11、与晶体表面斜交，自然光垂直入光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射射o e方解石方解石光轴光轴o此时此时e光的波面不再与其波射线垂直了光的波面不再与其波射线垂直了oee四四. . 偏振棱镜（了解）偏振棱镜（了解）偏光镜偏光镜: : 格兰格兰汤姆孙棱镜汤姆孙棱镜偏光分束镜偏光分束镜 : :沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜 光轴光轴光轴光轴方解石方解石方解石方解石加拿大树胶加拿大树胶 (n = 1.55)oe吸收涂层吸收涂层i光轴的取向使光轴的取向使o光、光、e光对应的恰是光对应的恰是no、 ne 。no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)12方解石方解石方解石方解石 oe光轴光轴光轴光轴方解石方解石 n0ne