光的偏振-讲稿.ppt

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1、光的偏振-第一页，讲稿共三十八页哦一一.非偏振光非偏振光(自然光自然光)没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解yxEE yxI II II I自然光的表示法：自然光的表示法：1 1 光的偏振状态光的偏振状态在垂直于其传播方向的平面内在垂直于其传播方向的平面内每一个光矢量都每一个光矢量都可以分解为可以分解为x x、y y 方向分量方向分量2 2I II II Iyx注意：以上两相互垂直的分振动无固定相位关系注意：以上两相互垂直的分振动无固定相位关系第二页，讲稿共三十八页哦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

2、板面光振动平行板面光振动平行板面垂直光的传播方向垂直光的传播方向的平面内的平面内二二.完全偏振光完全偏振光EEyEx yx sincosEEEEyx 第三页，讲稿共三十八页哦右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光2.2.圆偏振光圆偏振光,椭圆偏振光椭圆偏振光三三.部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光某一方向振动某一方向振动强于其他方向强于其他方向部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行纸面的光振动较强平行纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强 部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光可看成是自然光和线偏部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合振光的混合

3、第四页，讲稿共三十八页哦2 2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验一一 起偏起偏 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:起偏的光学器件起偏的光学器件自然光自然光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)021II 偏振片的起偏偏振片的起偏:第五页，讲稿共三十八页哦形象说明偏振形象说明偏振片的原理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第六页，讲稿共三十八页哦二二.马吕斯定律马吕斯定律(线偏振光入射偏振片线偏振光入射偏振片)I0IPP E0 E=E0cos,2 0 0EI 20cosII 0max0III ，02 I

4、，马吕斯定律马吕斯定律（18091809）消光消光 2 2 0 2 cos EEI 三三.检偏检偏用偏振器件用偏振器件分析、检验分析、检验光的偏振态光的偏振态旋转一周旋转一周2 2明明2 2暗暗自然光自然光部分偏振光部分偏振光?第七页，讲稿共三十八页哦例例1.1.三个偏振片三个偏振片 P P1 1、P P2 2与与P P3 3 堆叠在一起，堆叠在一起，P P1 1 与与 P P3 3 的偏振化方向相互垂直，的偏振化方向相互垂直，P P2 2 与与 P P1 1 的偏振化方的偏振化方向间的夹角为向间的夹角为 30 30 。强度为。强度为 I0 的自然光垂直的自然光垂直入射到偏振片入射到偏振片 P

5、 P1 1，并依次透过偏振片，并依次透过偏振片 P P1 1、P P2 2 与与 P P3 3，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光强为：振片后的光强为：（A）;4/0I（B）;8/30I（C）;32/30I（D）.16/0IC第八页，讲稿共三十八页哦例例2.2.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度的角速度 w w 绕光传播的方向

6、顺时针旋转，如图绕光传播的方向顺时针旋转，如图所示。设入射自然光的光强为所示。设入射自然光的光强为I I。通过这一系统后。通过这一系统后，出射光的光强为何？，出射光的光强为何？w自然光I01P2P3PI第九页，讲稿共三十八页哦2sincos220I,时刻证明：由图所示，在 t82sin20I2cos22IIP3P2P1w2w自然光I01P2P3PII1I2,2/01II cos212II 第十页，讲稿共三十八页哦例例3.3.一束光是自然光和线偏振光的混合光，一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束为让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光

7、强度最大值是最小轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的值的 5 5 倍，那么入射光束中自然光与线偏振光倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为：的光强比值为：A (A)1/2;(B)1/5;(C)1/3;(D)2/3.第十一页，讲稿共三十八页哦3 3 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和折射时光的偏振i0 0:起偏角或布起偏角或布儒斯角儒斯角i0+r0=90O 布儒斯特定律布儒斯特定律21120tgnnni n1n2i ir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n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光起偏振角起偏振角第十二页，讲

8、稿共三十八页哦若若 n n1 1 =1.00(=1.00(空气空气)，n n2 2=1.50(=1.50(玻璃玻璃)，则：，则：815600.150.1tg 10i玻璃空气二二.玻璃片堆起偏玻璃片堆起偏i0 玻璃片堆玻璃片堆(线偏振光线偏振光)(接近线偏振光接近线偏振光)243350.100.1tg 10i空气玻璃互余互余第十三页，讲稿共三十八页哦例例.如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上，已知其上表面的反射光线，已知其上表面的反射光线1 1为完全偏振光。为完全偏振光。设玻璃板两侧都是空气，标明各反射、折射光设玻璃板两侧都是空气，标明各反射、折射光线的偏振情

9、况。线的偏振情况。nn0n012第十四页，讲稿共三十八页哦例例.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态画请将下列各图中反射光及折射光的偏振态画出来。图中出来。图中i i0 0=tg=tg-1 1 n n2 2n n1 1 ii ii0 0 i0i0i0iii(f)(a)(b)(c)(d)(e)第十五页，讲稿共三十八页哦 典例典例将一介质平板放在水中，板面与水平面的夹角将一介质平板放在水中，板面与水平面的夹角为为如图所示，已知折射率如图所示，已知折射率n n水水=1.3331.333，n n介质介质=1.6811.681，现欲使水面和介质面反射光均为线偏振光，求现欲使水面和介质面反射光均为线偏振光

10、，求=?=?222i0271.14i水ni11tan22水介质ntan12ni第十六页，讲稿共三十八页哦偏振片的应用偏振片的应用v眼镜眼镜、车灯、偏光镜头、车灯、偏光镜头、立体电影立体电影声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振片制作消音装置？为什么？片制作消音装置？为什么？第十七页，讲稿共三十八页哦例：立体电影例：立体电影第十八页，讲稿共三十八页哦(1)(1)如何测量不透明介质的折射率？如何测量不透明介质的折射率？思考：思考：(2)(2)在拍摄玻璃窗内的物体时，如何在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去掉反射光的干扰？去掉反射光的干扰？拍摄橱窗时拍摄橱窗时

11、 未加偏振片未加偏振片 拍摄橱窗时拍摄橱窗时 已加偏振片已加偏振片 第十九页，讲稿共三十八页哦 拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片去掉拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片去掉反射光的干扰反射光的干扰 第二十页，讲稿共三十八页哦1.1.自然光以自然光以 60 60 的入射角照射到某一透明介质表面的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知：时，反射光为线偏振光，则知：B （A A）折射光为线偏振光）折射光为线偏振光 30 30 ；（B B）折射光为部分偏振光，折射角为）折射光为部分偏振光，折射角为30 30 ；（C C）折射光为线偏振光，折射角不能确定；）折射光为线偏振光，折射角不能确定；（D

12、 D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；第二十一页，讲稿共三十八页哦2.2.一束自然光自空气射向一一束自然光自空气射向一块平板玻璃块平板玻璃(如图如图)，设入射，设入射角等于布儒斯特角角等于布儒斯特角i i0 0，则在，则在界面界面 2 2 的反射光的反射光 B i012（A A）光强为零；）光强为零；（B B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；射面；（C C）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；射面；（D D）是部分偏振光。）是部分偏振光。第二十二页，讲稿

13、共三十八页哦3.两偏振片堆叠在一起，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 时透射光强度发生的变化为时透射光强度发生的变化为:B （A A）光强单调增加；）光强单调增加；（B B）光强先增加，后又减小至零；）光强先增加，后又减小至零；（C C）光强先增加，后减小，再增加；）光强先增加，后减小，再增加；（D 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。第二十三页，讲稿共三十八页哦4.4.一束光强为一束光强为 I I0 0 的自然光垂直穿过两个偏振的

14、自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成片，且此两偏振片的偏振化方向成 45 45 角，若角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强为：振片后的光强为：B （A）;4/20I（B）;4/0I（C）;2/0I（D）.2/20I第二十四页，讲稿共三十八页哦5.5.使一光强为使一光强为I I0 0的线偏振光先后通过两个偏振片的线偏振光先后通过两个偏振片P P1 1和和P P2 2.P.P1 1和和P P2 2的偏振化方向与原入射光光矢量振的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是动方向的夹角分别是 和和9090 则通过这两个偏振片

15、则通过这两个偏振片后的光强后的光强I I是是:C (B)0.(A).cos2120I(C).I)2(sin4120(D).I20sin41(E).cos40I第二十五页，讲稿共三十八页哦6.如图，如图，P1、P2为偏振化方向间夹角为为偏振化方向间夹角为 的两个偏振片的两个偏振片。光强为。光强为I0的平行自然光垂直入射到的平行自然光垂直入射到P1表面上，则通表面上，则通过过P2的光强的光强I=。若在若在P1、P2之间插入第三个偏振片之间插入第三个偏振片P3，则通过，则通过P2的光的光强发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转强发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转P2，使其，使其偏振化方向旋转一角度偏

16、振化方向旋转一角度 后，发生消光现象，从而可后，发生消光现象，从而可以推算出的以推算出的P3偏振化方向与偏振化方向与P1的偏振化方向之间的夹角的偏振化方向之间的夹角 =。（假设题中所涉及的角均为锐角，。（假设题中所涉及的角均为锐角，且设且设 ）II0P1P3P220cos21I2第二十六页，讲稿共三十八页哦7.7.自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是上，反射光是（A A）在入射面内振动的完全偏振光。）在入射面内振动的完全偏振光。（B B）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。（C C）垂直于入射面振

17、动的完全偏振光。）垂直于入射面振动的完全偏振光。（D D）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光.C 第二十七页，讲稿共三十八页哦8.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度速度 w 绕光传播的方向旋转，如图所示。设绕光传播的方向旋转，如图所示。设入射自然光的光强为。试证明：此自然光通过入射自然光的光强为。试证明：此自然光通过这一系统后，出射光的光强

18、为这一系统后，出射光的光强为.16/)4cos1(0tIIww自然光I01P2P3PI第二十八页，讲稿共三十八页哦外腔式激光管外腔式激光管加装加装布儒斯特窗，布儒斯特窗，可使可使 出射光为线偏振光出射光为线偏振光 外腔式激光器的布儒斯特窗外腔式激光器的布儒斯特窗 i0i0激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0i0第二十九页，讲稿共三十八页哦象象折射现折射现双双折射现折射现方解石晶体方解石晶体CaCO3纸面纸面 双折射现象双折射现象第三十页，讲稿共三十八页哦4 4 光在晶体中的双折射（光在晶体中的双折射（了解了解）方解石方解石oee o一一.双折射的概念双折射的概念1.1.双折射双折射

19、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:遵从折射定律遵从折射定律12sinsinnnrioe e光光:一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律constrie sinsine e光折射线一般不在入射面内。光折射线一般不在入射面内。o o光和光和e e光光都是线偏振光都是线偏振光双折射的本质是双折射的本质是o光和光和e光的折射率不同，传播速度不同光的折射率不同，传播速度不同o o光在入射光在入射面内面内第三十一页，讲稿共三十八页哦光光光光双双折折射射令方解石晶体绕光线旋转令方解石晶体绕光线旋转第三十二页，讲稿共三十八页

20、哦光光光光双双折折射射第三十三页，讲稿共三十八页哦光光光光双双折折射射第三十四页，讲稿共三十八页哦光光光光双双折折射射第三十五页，讲稿共三十八页哦3.3.晶体的光轴晶体的光轴当光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发生双折不发生双折射，射，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,凡平行凡平行于此方向的直线均为光轴于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体单轴晶体单轴晶体方

21、解石，石英，红宝石方解石，石英，红宝石云母，硫磺，蓝宝石云母，硫磺，蓝宝石第三十六页，讲稿共三十八页哦vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo to光光:00 cn e光光:ec een n0 0，ne称为晶体的主折射率称为晶体的主折射率,oon 根据根据n0 0，ne的关系可分为正、负晶体的关系可分为正、负晶体4.4.光在单轴晶体内的波面光在单轴晶体内的波面 正晶体正晶体:ne no，如石如石英英0vve负晶体负晶体 :ne no，如如方解石方解石0vve第三十七页，讲稿共三十八页哦5.5.单轴晶体的主平面单轴晶体的主平面主平面主平面：单轴晶体中光的传播方向与晶体光：单轴晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。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振动方向振动方向主平面主平面振动方向振动方向主平面主平面只有光轴在入射面内时，只有光轴在入射面内时，o o、e e光的主平面以及入射面重光的主平面以及入射面重合在一起合在一起第三十八页，讲稿共三十八页哦