第九章光的偏振大学物理.优秀PPT.ppt
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1、大学物理大学物理 I I第九章 光的偏振主讲:吴振华主讲:吴振华物理电子学院太赫兹探讨中心物理电子学院太赫兹探讨中心学问要点自然光和偏振光自然光和偏振光反射与折射时光的偏振反射与折射时光的偏振光的双折射光的双折射起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律 偏振偏振一、横波的偏振性一、横波的偏振性振动面振动面:光矢量:光矢量E E与传播方向组成的平面。与传播方向组成的平面。光矢量光矢量振动面振动面v0HE只有横波才有偏振现象只有横波才有偏振现象9-1 9-1 光的偏振态光的偏振态球面波 波面波线波前平面波波前&波的几何描述波的几何描述1.波阵面波阵面(或相面、波面)(或相面、波面)某时刻介质内振
2、动相位相某时刻介质内振动相位相同的点组成的面称为波面。同的点组成的面称为波面。2.波射线波射线(或波线(或波线)波的传播方向称之为波射线或波线。波的传播方向称之为波射线或波线。3.波前波前某时刻处在最前面的波阵面。某时刻处在最前面的波阵面。在在各各向向同同性性匀匀整整介介质质中中,波波线线与与波波阵阵面面垂垂直直!波线波线波面波面波面波面波线波线波面波面波线波线波线波线波波面面光的偏振光的偏振振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振 光波光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。对称性的现象
3、叫做光的偏振。偏振态偏振态:光矢量在与光传播方向垂直的平面内的光矢量在与光传播方向垂直的平面内的 振动状态。振动状态。线偏振光线偏振光 自然光自然光 部分偏振光部分偏振光 椭圆偏振光椭圆偏振光 圆偏振光圆偏振光光波是横波,横波具有偏振性光波是横波,横波具有偏振性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 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ZXYZXY表示:表示:或或表示:表示:平行于板面振动平行于板面振动垂
4、直于板面振动垂直于板面振动振动面振动面-电矢量所构成的平面称为偏振光的振动面。电矢量所构成的平面称为偏振光的振动面。XY表示:表示:在垂直于传播方向的两正交方向上,光矢在垂直于传播方向的两正交方向上,光矢量的平均值相等。量的平均值相等。结论:自然光的横波性被发光结论:自然光的横波性被发光 的随机性所破坏或掩盖。的随机性所破坏或掩盖。2.2.自然光自然光一般光源发光的特点:一般光源发光的特点:1)一个原子发出的某个波列的光是平面偏振光;)一个原子发出的某个波列的光是平面偏振光;2)大量原子所发出的光的振动面是随机的,)大量原子所发出的光的振动面是随机的,且各个方向的几率相同。且各个方向的几率相同
5、。没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解一一束束自自然然光光可可分分解解为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的、等幅的、不相干的线偏振光。的、等幅的、不相干的线偏振光。自然光的表示法:自然光的表示法:自然光的光矢量在全部可能的方向上自然光的光矢量在全部可能的方向上,且振幅且振幅E相等相等.表示:表示:3.部分偏振光部分偏振光光矢量的平均值在某一方向上强,与之垂直光矢量的平均值在某一方向上强,与之垂直的另一方向上相对较弱。的另一方向上相对较弱。平行于板面的光振动强平行于板面的光振动强垂直于板面的光振动弱。垂直于板面的光振动弱。垂直于板面的光振动强垂直于板面的光振动强平行于板面的
6、光振动弱。平行于板面的光振动弱。4.圆偏振光和椭圆偏振光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 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E0偏振面随时间旋转的光为圆或椭圆偏振光偏振面随时间旋转的光为圆或椭圆偏振光.迎着光线看迎着光线看,光矢量顺时针旋转为右旋偏振光光矢量顺时针旋转为右旋偏振光.9-2 9-2 偏振片偏振片 马吕斯定律马吕斯定律一一.偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏 偏振片的构造偏振片的构造:将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列并蒸镀在透亮基片上并蒸镀在透亮基片上,就制成偏振片。就制成偏振片
7、。偏振片的特性偏振片的特性:能吸取某一方向的光振动而仅让能吸取某一方向的光振动而仅让与此方向垂直的光振动通过。与此方向垂直的光振动通过。偏振化方向:允许通过的光振动方向。常用箭偏振化方向:允许通过的光振动方向。常用箭头头“”表示。表示。偏振片偏振片自然光自然光Io线偏振光线偏振光你可以通过一个试验想象这是一种什么景象:你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上,另一头拿在你手里。再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正值中穿过去的。假如你现在拿绳子上下振动,绳子产生的波就会从两根竹子之间通过,并从你的手传到那棵树上。这时,那座篱笆对你的波来说是透亮的。但是,要是你让绳子左右波动,绳子就会撞在两根竹子上,波
8、就不会通过篱笆了,这时这座篱笆就相当于一个起偏振器件。偏振片偏振片透明玻璃片透明玻璃片硫酸金鸡纳硷或电气石硫酸金鸡纳硷或电气石等材料的簿膜等材料的簿膜自然光自然光偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向具有竖直偏振方向具有竖直偏振方向的偏振膜。吸收了的偏振膜。吸收了水平方向的光振动水平方向的光振动 若以光传播方向为轴若以光传播方向为轴,渐渐旋转检偏片渐渐旋转检偏片,视察透过视察透过偏振片的光偏振片的光,偏振片既可用作起偏器偏振片既可用作起偏器,又可用作检偏器。又可用作检偏器。光强无变更的是自然光光强无变更的是自然光;光强有变更光强有变更,但最小值不为零的是部分偏振光但最小值不为零的是部分偏振光;光强有
9、变更光强有变更,但最小值为零但最小值为零(消光消光)的是线偏振光。的是线偏振光。B)检偏振器)检偏振器偏振光偏振光变暗变暗自然光自然光不变暗不变暗I0I0/2I0/2I0自然光自然光I0/2I0/2检偏检偏-检查某束光是否是偏振光;检查某束光是否是偏振光;.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器,偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变更光强发生变更.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器,偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变更光强发生变更.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器,偏振光通过旋转
10、的检偏器,光强发生变更光强发生变更.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器,偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变更光强发生变更.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器,偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变更光强发生变更.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器,偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变更光强发生变更.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器,偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变更光强发生变更.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通
11、过旋转的检偏器,偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变更光强发生变更两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零.检偏器检偏器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,光强不变自然光自然光.检偏器检偏器自然光自然光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.检偏器检偏器自然光自然光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.检偏器检偏器自然光自然光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.检偏器检偏器自然光自然光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.检偏器检偏
12、器自然光自然光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.检偏器检偏器自然光自然光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.检偏器检偏器自然光自然光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 偏振光通过旋转的检偏器,偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变更光强发生变更 偏振片的应用l作为照相机的滤光镜,可以滤掉不必要的作为照相机的滤光镜,可以滤掉不必要的反射光。反射光。l制成偏光眼镜,可观看立体电影。制成偏光眼镜,可观看立体电影。l若在全部汽车前窗玻璃和大灯前都装上与
13、若在全部汽车前窗玻璃和大灯前都装上与 l作为很多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为很多光学仪器中的起偏和检偏装置。可以避开汽车会车时灯光的晃眼。可以避开汽车会车时灯光的晃眼。地面成地面成45 角、且向同一方向倾斜的偏振片,角、且向同一方向倾斜的偏振片,未加偏振片时未加偏振片时拍摄的橱窗拍摄的橱窗加偏振片时加偏振片时拍摄的橱窗拍摄的橱窗I=(Eocos)2=Iocos2 马吕斯指出马吕斯指出,强度为强度为Io的线偏振光的线偏振光,透过检偏片后透过检偏片后,透射光的强度透射光的强度(不考虑吸取不考虑吸取)为为 EoIo=Eo2Eocos I=Iocos2 (9-1)式中式中,是入射线偏振光的光振动方
14、向和偏振片偏振化是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角。上式称为方向之间的夹角。上式称为马吕斯定律马吕斯定律。证明如下:证明如下:2.马吕斯定律马吕斯定律 例题例题9-1 自然光连续通过两个叠在一起的偏振片自然光连续通过两个叠在一起的偏振片后,透射光强为入射光强的四分之一,求两个偏振片后,透射光强为入射光强的四分之一,求两个偏振片偏振化方向之间的夹角。偏振化方向之间的夹角。解解 设两偏振片偏振化方向间的夹角为设两偏振片偏振化方向间的夹角为,于是,于是由由解得:解得:=45(or 135)。自然光自然光Io 例题例题9-2 强度为强度为Io自然光连续通过三个叠在一起自然光连续通过
15、三个叠在一起的偏振片的偏振片A、B、C,A C,求最大求最大透射光强。透射光强。解解 设偏振片设偏振片A、B偏振化方向间的夹角为偏振化方向间的夹角为,有,有透射光强为透射光强为可见可见最大最大透射光强为透射光强为 ABC自然光自然光Io 解解 透射光强透射光强:p2 p1 EA 例题例题9-3 由两个偏振片由两个偏振片(其偏振化方向分别为其偏振化方向分别为p1和和p2)叠在一起叠在一起,p1与与p2的夹角为的夹角为。一束线偏振光垂直入一束线偏振光垂直入射在偏振片上。已知入射光的光矢量振动方向射在偏振片上。已知入射光的光矢量振动方向E与与p2的的夹角为夹角为A(锐角锐角),A角保持不变角保持不变
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