第十七章 波动光学偏振精选文档.ppt

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1、光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射.光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振.机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝17-10 光的偏振光的偏振波的振动方向对传播方向的不对称性，称为偏振。波的振动方向对传播方向的不对称性，称为偏振。波的振动方向对传播方向的不对称性，称为偏振。波的振动方向对传播方向的不对称性，称为偏振。只有横波才有偏振现象只有横波才有偏振现象只有横波才有偏振现象只有横波才有偏振现象本讲稿第一页，共二十二页 光是横波光是横波光是横波光是横波 ，光矢量，光矢量，光矢量，光矢量E E 的的的的振动方向对传播方向振动方向对传播方向振动方向对传播方向振动方向对传播方向具有不对称性，称

2、为光的偏振。具有不对称性，称为光的偏振。具有不对称性，称为光的偏振。具有不对称性，称为光的偏振。播播传传方方向向通光方通光方向向面面向向播播方方传传动动振振振振动动面面本讲稿第二页，共二十二页一一一一.光的偏振态光的偏振态光的偏振态光的偏振态光矢量光矢量光矢量光矢量只沿某一固定方向振动只沿某一固定方向振动只沿某一固定方向振动只沿某一固定方向振动的光的光的光的光.又称平面偏振光又称平面偏振光又称平面偏振光又称平面偏振光1.1.线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光(完全偏振光完全偏振光完全偏振光完全偏振光 平面偏振光平面偏振光平面偏振光平面偏振光)符号表示符号表示振动面振动面光矢量光矢量光矢量光矢量2

3、.2.自然光自然光自然光自然光(完全非偏振光）完全非偏振光）完全非偏振光）完全非偏振光）无穷多个振幅相等，振动方向各异，无穷多个振幅相等，振动方向各异，无穷多个振幅相等，振动方向各异，无穷多个振幅相等，振动方向各异，彼此间无固定的相位关系彼此间无固定的相位关系彼此间无固定的相位关系彼此间无固定的相位关系 的光振动的组合，称为自然光。的光振动的组合，称为自然光。的光振动的组合，称为自然光。的光振动的组合，称为自然光。本讲稿第三页，共二十二页2.2.自然光自然光自然光自然光(完全非偏振光）完全非偏振光）完全非偏振光）完全非偏振光）FF无穷多个振幅相等，振动方向各异，无穷多个振幅相等，振动方向各异，

4、无穷多个振幅相等，振动方向各异，无穷多个振幅相等，振动方向各异，彼此间无固定的相位关系彼此间无固定的相位关系彼此间无固定的相位关系彼此间无固定的相位关系 的光振动的组合，称为自然光。的光振动的组合，称为自然光。的光振动的组合，称为自然光。的光振动的组合，称为自然光。FF 可用两个振动方向相互垂直，可用两个振动方向相互垂直，可用两个振动方向相互垂直，可用两个振动方向相互垂直，振幅相等，振幅相等，振幅相等，振幅相等，互不相干的互不相干的互不相干的互不相干的 线偏振光来表示。线偏振光来表示。线偏振光来表示。线偏振光来表示。非相干非相干非相干非相干没有占优的方向和振幅没有占优的方向和振幅没有占优的方向

5、和振幅没有占优的方向和振幅符号表示符号表示本讲稿第四页，共二十二页3.3.部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光 介于线偏振光和自然光之间的情形，可看成介于线偏振光和自然光之间的情形，可看成介于线偏振光和自然光之间的情形，可看成介于线偏振光和自然光之间的情形，可看成自然光和线偏振光的混合。自然光和线偏振光的混合。自然光和线偏振光的混合。自然光和线偏振光的混合。某一方向某一方向某一方向某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动的光振动比与之垂直方向上的光振动的光振动比与之垂直方向上的光振动的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势占优势占优势占优势的光为部分偏振光的光为部分偏振光的光为部分偏振光的光

6、为部分偏振光.符号表示符号表示4.4.椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光 光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方向均匀光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方向均匀光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方向均匀光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方向均匀旋转。旋转。旋转。旋转。本讲稿第五页，共二十二页4.4.椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光 若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影若光矢量大小不

7、断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影为椭圆，这种光叫为椭圆，这种光叫为椭圆，这种光叫为椭圆，这种光叫椭圆偏振光。椭圆偏振光。椭圆偏振光。椭圆偏振光。若光矢量大小不变，椭圆偏振光就变成了若光矢量大小不变，椭圆偏振光就变成了若光矢量大小不变，椭圆偏振光就变成了若光矢量大小不变，椭圆偏振光就变成了圆偏振光。圆偏振光。圆偏振光。圆偏振光。光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方向均匀旋转。向

8、均匀旋转。向均匀旋转。向均匀旋转。右旋右旋右旋右旋圆圆圆圆偏振光偏振光偏振光偏振光右旋右旋右旋右旋椭圆椭圆椭圆椭圆偏振光偏振光偏振光偏振光本讲稿第六页，共二十二页二二二二.线偏振光的获得和检验线偏振光的获得和检验线偏振光的获得和检验线偏振光的获得和检验-偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 二向色性二向色性二向色性二向色性:偏振片偏振片偏振片偏振片 ：把具有二向色性的物质把具有二向色性的物质把具有二向色性的物质把具有二向色性的物质(例如硫酸碘奎宁例如硫酸碘奎宁例如硫酸碘奎宁例如硫酸碘奎宁)涂于透明薄片上，即成涂于透明薄片上，即成涂于透明薄片上，即成涂于透明薄片上，即成偏振片偏振片偏振片偏振片(P

9、(P片）片）片）片）.偏振化方向偏振化方向偏振化方向偏振化方向 ：当自然光照射在偏振片上时，它只让某当自然光照射在偏振片上时，它只让某当自然光照射在偏振片上时，它只让某当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方一特定方一特定方一特定方向向向向的光振动通过，该方向称为的光振动通过，该方向称为的光振动通过，该方向称为的光振动通过，该方向称为偏振化方向偏振化方向偏振化方向偏振化方向.1928 1928年年年年,一位一位一位一位1919岁的美国大学生岁的美国大学生岁的美国大学生岁的美国大学生 （E.H.LandE.H.Land）发明了一种由自然光发明了一种由自然光发明了一种由自然光发明了一种由自然光获

10、得线偏振光获得线偏振光获得线偏振光获得线偏振光的平面片状器件，的平面片状器件，的平面片状器件，的平面片状器件，称为偏振片。称为偏振片。称为偏振片。称为偏振片。某些晶体对某一方向的光振动有强烈吸收某些晶体对某一方向的光振动有强烈吸收某些晶体对某一方向的光振动有强烈吸收某些晶体对某一方向的光振动有强烈吸收,而只让与该方向垂直的光振动通过而只让与该方向垂直的光振动通过而只让与该方向垂直的光振动通过而只让与该方向垂直的光振动通过,这种性质称这种性质称这种性质称这种性质称二向色性二向色性二向色性二向色性.偏振化方向的标记偏振化方向的标记偏振化方向的标记偏振化方向的标记自然光自然光近线偏振光近线偏振光光轴

11、光轴电气石晶片电气石晶片本讲稿第七页，共二十二页 起起 偏偏 检检 偏偏起偏器起偏器检偏器检偏器起偏器起偏器偏振光的获得与检验自然光自然光自然光自然光偏振光偏振光偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向本讲稿第八页，共二十二页01809027 0本讲稿第九页，共二十二页模拟演示01809027 001809027 0偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化本讲稿第十页，共二十二页01809027 0自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变本讲稿第十一页，共二十二页消光消光消光消光不变不变不变不变入射光入射光入射光入射光入射光入射光入射光入射光入射

12、光入射光入射光入射光线偏振线偏振线偏振线偏振自然光自然光自然光自然光部分偏振部分偏振部分偏振部分偏振光强变化光强变化光强变化光强变化(转动偏振片转动偏振片转动偏振片转动偏振片)不消光不消光不消光不消光结论：结论：本讲稿第十二页，共二十二页三三.马吕斯定律马吕斯定律 P1Sa偏振光偏振光偏振光偏振光 I I0 0振动方向与振动方向与振动方向与振动方向与 P P2 2 偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角理想偏振片理想偏振片关于关于线偏振光线偏振光通过偏振片后的光强变化问题通过偏振片后的光强变化问题（1880 年）年）.P P1 1P P2 2自然光自然

13、光自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光A0 0A0 0I0 0IP P2 2偏振化方向偏振化方向偏振化方向偏振化方向a本讲稿第十三页，共二十二页-马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律 即透过检偏器的线偏振光的光强即透过检偏器的线偏振光的光强即透过检偏器的线偏振光的光强即透过检偏器的线偏振光的光强 I I I I 与与与与 入射线偏振光光强入射线偏振光光强入射线偏振光光强入射线偏振光光强 I I I Io o o o 的关系为的关系为的关系为的关系为a偏振光偏振光偏振光偏振光 I I0 0振动方向与振动方向与振动方向与振动方向与 P P2 2 偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角

14、偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角.P P1 1P P2 2自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光A0 0A0 0I0 0IP P2 2偏振化方向偏振化方向偏振化方向偏振化方向a本讲稿第十四页，共二十二页a a a a=0=0或或或或a a a a=180=1800 0时时时时,I I=I I0 0光强最强光强最强光强最强光强最强a a a a=90=900 0或或或或a a a a=270=2700 0时时时时,I I=0=0光强最弱光强最弱光强最弱光强最弱-马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律马吕斯定律反映出光矢量的振动方向对传播方向的不对称性反映出光矢量的振动方向对传播

15、方向的不对称性反映出光矢量的振动方向对传播方向的不对称性反映出光矢量的振动方向对传播方向的不对称性.P P1 1P P2 2自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光A0 0A0 0I0 0IP P2 2偏振化方向偏振化方向偏振化方向偏振化方向a本讲稿第十五页，共二十二页空气空气入射面入射面入射面入射面 ：入射光线和法线所成的平面：入射光线和法线所成的平面：入射光线和法线所成的平面：入射光线和法线所成的平面.反射光：反射光：反射光：反射光：垂直于垂直于垂直于垂直于入射面的光振动占优入射面的光振动占优入射面的光振动占优入射面的光振动占优.折射光：折射光：折射光：折射光：平行于平行于

16、平行于平行于入射面的光振动占优入射面的光振动占优入射面的光振动占优入射面的光振动占优 17-11 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振 产生线偏振光的方法之二产生线偏振光的方法之二产生线偏振光的方法之二产生线偏振光的方法之二 自然光入射到两种各向同性介质分界面自然光入射到两种各向同性介质分界面自然光入射到两种各向同性介质分界面自然光入射到两种各向同性介质分界面观察反射光观察反射光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折射光线的偏振状态折射光线的偏振状态现象：现象：1.1.一般入射角的情况一般入射角的情况一般入射角的情况一般入射角的情况反射光反射光反射光反射光 折射光折射

17、光折射光折射光都是部分偏振光都是部分偏振光都是部分偏振光都是部分偏振光 一一.布儒斯特定律布儒斯特定律玻璃玻璃本讲稿第十六页，共二十二页空气空气玻璃玻璃2.2.特殊入射角的情况特殊入射角的情况特殊入射角的情况特殊入射角的情况反射光反射光反射光反射光-完全偏振光完全偏振光完全偏振光完全偏振光 ，且光振动方向垂直于入射面，且光振动方向垂直于入射面，且光振动方向垂直于入射面，且光振动方向垂直于入射面折射光折射光折射光折射光-部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光当以当以当以当以起偏角起偏角起偏角起偏角 i i0 0 入射时，反射光与折射光垂直入射时，反射光与折射光垂直入射时，反射光与折射光垂直入射

18、时，反射光与折射光垂直(i i0 0 称为起偏角或布儒斯特角称为起偏角或布儒斯特角称为起偏角或布儒斯特角称为起偏角或布儒斯特角)入射角满足入射角满足入射角满足入射角满足-布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特定律证明（由布儒斯特定律证明（由布儒斯特定律证明（由布儒斯特定律证明（由布儒斯特定律和折射定律）和折射定律）和折射定律）和折射定律）-自证自证自证自证推论推论本讲稿第十七页，共二十二页例例例例.若若若若 n n1 1=1.00(=1.00(空气空气空气空气)，n n2 2=1.50(=1.50(玻璃玻璃玻璃玻璃)。互余互余互余互余玻璃玻璃空气空气=185600.150.1 0i空气空

19、气玻璃玻璃=423350.100.1 0i玻璃玻璃玻璃玻璃 根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介质介质入射于界面时，此入射于界面时，此 角即为布儒斯特角角即为布儒斯特角.本讲稿第十八页，共二十二页要提高反射线偏振光的强度，及透射光的偏振度要提高反射线偏振光的强度，及透射光的偏振度要提高反射线偏振光的强度，及透射光的偏振度要提高反射线偏振光的强度，及透射光的偏振度可利用可利用可利用可利用玻璃片堆玻璃片堆玻璃片堆玻璃片堆的多次反射。的多次反射。的多次反射。的多次反射。3.玻璃片堆玻璃片堆(透射光接近完全线偏振光透射光接近完全线偏振光透射光接近完全线偏振光透射光接近完全

20、线偏振光 强度几乎强度几乎强度几乎强度几乎50%)50%)50%)50%)(反射光是完全线偏振光反射光是完全线偏振光反射光是完全线偏振光反射光是完全线偏振光 强度几乎强度几乎强度几乎强度几乎50%)50%)50%)50%)自然光以起偏角自然光以起偏角自然光以起偏角自然光以起偏角 i i i i0 0 0 0 入射时，入射时，入射时，入射时，反射光：完全偏振光，反射光：完全偏振光，反射光：完全偏振光，反射光：完全偏振光，但光强但光强但光强但光强只占入射光强的只占入射光强的15%.15%.界面界面 2 2 的反射光偏振态？的反射光偏振态？玻璃玻璃21空气空气本讲稿第十九页，共二十二页1.1.测量不

21、透明介质的折射率。测量不透明介质的折射率。测量不透明介质的折射率。测量不透明介质的折射率。利用布儒斯特定律利用布儒斯特定律利用布儒斯特定律利用布儒斯特定律 2.2.在拍摄玻璃窗内的物体时，在拍摄玻璃窗内的物体时，在拍摄玻璃窗内的物体时，在拍摄玻璃窗内的物体时，加偏振片可去掉反射光的干扰。加偏振片可去掉反射光的干扰。加偏振片可去掉反射光的干扰。加偏振片可去掉反射光的干扰。二二二二.反射偏振的反射偏振的反射偏振的反射偏振的应用应用应用应用未加偏振片未加偏振片加偏振片后加偏振片后本讲稿第二十页，共二十二页偏偏光光镜镜头头 立立体体电电影影驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。本讲稿第二十一页，共二十二页画出下列反射光和折射光的偏振化状态。画出下列反射光和折射光的偏振化状态。（i0为布儒斯特角，为布儒斯特角，i为一般入射角）为一般入射角）讨论讨论本讲稿第二十二页，共二十二页