光的偏振性精选课件.ppt

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1、关于光的偏振性第一页，本课件共有37页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械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝偏振性：包含传偏振性：包含传播方向与振动方播方向与振动方向的平面向的平面,与不与不包含振动方向的包含振动方向的平面有区别。平面有区别。2022/12/82第二页，本课件共有37页光的偏振态：在垂直于光传播方向的平面内，光的偏振态：在垂直于光传播方向的平面内，光矢可能具有的振动状态。光矢可能具有的振动状态。三种偏振态：三种偏振态：自然光、线偏振光、部分偏振光自然光、线偏振光、部分偏振光2022/12/8

2、3第三页，本课件共有37页一自然光一自然光 偏振光偏振光1、自然光、自然光：一般光源发出的光中，包含着各个方向：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光称）这样的光叫自然光。自然光以两互相自然光以两互相垂直垂直的互的互为独立的为独立的（无确定无确定的的相位相位关系）关系）振幅相等的光振动表示振幅相等的光振动表示,并各具并各具有有一半一半的振动能量的振动能量。符号表示符号表示2022/12/84第四页，本课件共有37页注意注意 两互相垂直光矢量间两互相垂直光矢量间无固定的相位关系无固定的相位关系

3、。二二互相互相垂直方向是垂直方向是任选任选的的。没有没有优势方向方向自然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互垂直、等振幅、一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直、等振幅、不相干不相干(无固定相位差无固定相位差)的线偏振光。的线偏振光。2022/12/85第五页，本课件共有37页 偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）光振动只沿某一固定方向的光光振动只沿某一固定方向的光。振动面振动面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 面对光的传播方向看面对光的传播方向看2022/12/86第六页，本课件共有37页 部分偏振光部分偏振光：某一方向的

4、光振动比与之垂直方向：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光上的光振动占优势的光为部分偏振光。符号表示符号表示线偏振光的表示法：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2022/12/87第七页，本课件共有37页 起起 偏偏二偏振片二偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 二向色性二向色性:某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质称这种性质称二向色性二向色性。偏振片偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片：涂有二向色性材料的透明薄片。偏振化方向偏振化方向：当

5、自然光照射在偏振片上时，它只：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向化方向。偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器2022/12/88第八页，本课件共有37页用偏振器件分析、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 检偏检偏2022/12/89第九页，本课件共有37页2022/12/810第十页，本课件共有37页NM三马吕斯定律三马吕斯定律（1880 年）年

6、）检偏器检偏器起偏器起偏器NM 马吕斯定律：马吕斯定律：强度为强度为 的偏振的偏振光通过检偏振器后光通过检偏振器后,出射光的强度为出射光的强度为2022/12/811第十一页，本课件共有37页 法国物理学家及军事工程师。出生于巴法国物理学家及军事工程师。出生于巴黎，黎，1796年毕业于巴黎工艺学院，曾在年毕业于巴黎工艺学院，曾在工程兵部队中任职。工程兵部队中任职。1808年起在巴黎工艺年起在巴黎工艺学院工作。学院工作。1810年被选为巴黎科学院院士，年被选为巴黎科学院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。曾获得过伦敦皇家学会奖章。马吕斯从事光学方面的研究。马吕斯从事光学方面的研究。1808年发年发现

7、反射时光的偏振，确定了偏振光强度现反射时光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究了光在晶体中的双折射现象，研究了光在晶体中的双折射现象，1811年，他与年，他与J.毕奥各自独立地发现折射时光的毕奥各自独立地发现折射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一系列偏振仪器。一系列偏振仪器。马吕斯马吕斯1775-18122022/12/812第十二页，本课件共有37页 例例1 有两个偏振片，一个用作起偏器，有两个偏振片，一个用作起偏器，一个用作一个用作检偏器。当它们偏振化方向间的夹角为检偏器。当它们偏

8、振化方向间的夹角为 时时,一束一束单色自然光穿过它们单色自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ;当它们偏振化方当它们偏振化方向间的夹角为向间的夹角为 时时,另一束单色自然光穿过它们另一束单色自然光穿过它们,出出射光强为射光强为 ,且且 。求两束单色自然光的强度求两束单色自然光的强度之比之比。解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为 和和 。经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 。经过检偏器后经过检偏器后2022/12/813第十三页，本课件共有37页空气空气 入射面入射面 入射光线和法线入射光线和法线所成的平面所成的平面。反射光反射光 部分部分偏振光偏振光

9、，垂直于入射面的振动大于平行垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动于入射面的振动。折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动直于入射面的振动。理论和实验证明理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关：反射光的偏振化程度与入射角有关。11-11 光反射与折射时的偏振光反射与折射时的偏振玻璃玻璃2022/12/814第十四页，本课件共有37页布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）反射光为完全偏振光，且反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。光为部分偏振光。当当 时，时，1）反射光和折射光

10、互相垂直反射光和折射光互相垂直 讨论讨论玻璃玻璃空气空气15第十五页，本课件共有37页 2）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 介介质入射于界面时，此质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角角即为布儒斯特角。玻璃玻璃玻璃玻璃16第十六页，本课件共有37页布儒斯特布儒斯特布儒斯特布儒斯特(David Brewster 1781-1868)(David Brewster 1781-1868)布儒斯特是苏格兰物理学家。布儒斯特是苏格兰物理学家。1781 1781 年年1212月月1111日日出生于苏格兰杰德伯勒，出生于苏格兰杰德伯勒，18001800年毕业于爱丁堡大学，年毕业

11、于爱丁堡大学，曾任曾任“爱丁堡杂志爱丁堡杂志”、“苏格兰杂志苏格兰杂志”、“爱丁堡百爱丁堡百科全书科全书”编辑，爱丁堡大学教授、校长等。编辑，爱丁堡大学教授、校长等。18151815年年被选为皇家学会会员，被选为皇家学会会员，18191819年获冉福德奖章。年获冉福德奖章。布儒斯特主要从事光学方面的研究。布儒斯特主要从事光学方面的研究。18121812年发年发现当入射角的正切等于媒质的相对折射率时，反射光现当入射角的正切等于媒质的相对折射率时，反射光线将为线偏振光（现称为布儒斯特定律）。他研究了线将为线偏振光（现称为布儒斯特定律）。他研究了光的吸收，发现人为各向异性介质中的双折射。光的吸收，发

12、现人为各向异性介质中的双折射。17第十七页，本课件共有37页1空气空气 例例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角为布儒斯特角 ，问在界面，问在界面 2 的反射光是什么光？的反射光是什么光？玻璃玻璃2 注意：注意：一次一次起偏垂直入射面起偏垂直入射面的振动仅很小部的振动仅很小部分被反射（约分被反射（约7.5%）所以）所以反射反射偏振光很弱偏振光很弱。一一般应用般应用玻璃片堆玻璃片堆产生偏振光。产生偏振光。2022/12/818第十八页，本课件共有37页注意注意 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃，反射光的强度约占入射反射光的强度约占入射光强

13、度的光强度的7.5%，大部分光将透过玻璃。，大部分光将透过玻璃。利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光2022/12/819第十九页，本课件共有37页讨论讨论讨论下列光线的反射和折射（讨论下列光线的反射和折射（起偏角起偏角 ）2022/12/820第二十页，本课件共有37页动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学一一 双折射的寻常光和非寻常光双折射的寻常光和非寻常光恒量恒量玻璃玻璃折折 射射 定定 律律方解石晶体方解石晶体11-12 双折射双折射2022/12/821第二十一页，本课件共有37页光通过光通过双折射晶体双折射晶体2022/12/822第二十二页，本课件

14、共有37页 寻常光线（寻常光线（o o光）光）(ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线 非常光线（非常光线（e e光）光）(extra-ordinary rays)不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线（一般情况，非常光线不在入射面内）（一般情况，非常光线不在入射面内）实验证明：实验证明：O 光和光和 光均为偏振光。光均为偏振光。ACBoeDeo2022/12/823第二十三页，本课件共有37页 产产 生生 双双 折折 射射 的的 原原 因因O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面光轴光轴 寻常光线寻常光线 在晶体中各在晶体中各方向上传播速度相同。方向上传播速度相同。常

15、量常量 非常光线非常光线 晶体中各方晶体中各方向上传播速度不同，随方向上传播速度不同，随方向改变而改变。向改变而改变。为主折射率为主折射率2022/12/824第二十四页，本课件共有37页方解石晶体方解石晶体 光轴光轴 在方解石这在方解石这类晶体中存在一个特殊类晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿这一方的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现向传播时不发生双折射现象象。称这一方向为晶体。称这一方向为晶体的的光轴光轴。光轴光轴AB光轴光轴光轴是指一个方向，而不是光轴是指一个方向，而不是指一条直线。指一条直线。2022/12/825第二十五页，本课件共有37页光轴光轴 光光 光光光轴光轴 主截面

16、主截面：当光在一晶体表面入射时，此表面当光在一晶体表面入射时，此表面的法线与光轴所成的平面。的法线与光轴所成的平面。当入射面是主截面时，当入射面是主截面时，O 光的振动光的振动垂直垂直主主截面；截面；光的振动光的振动平行平行于主截面。于主截面。2022/12/826第二十六页，本课件共有37页偏振作业偏振作业1、2、3、5、10、12、13、14、17、2016 章章2022/12/827第二十七页，本课件共有37页14-01 4I0 14-0214-11 C14-12 B14-1314-05 向下；不向下；不(中央明条纹对应的两束光的光程差为零。中央明条纹对应的两束光的光程差为零。)14-1

17、5 B (因为洛埃镜有半波损失因为洛埃镜有半波损失)14-08 C作业答案作业答案14-16第二十八页，本课件共有37页14-20 C和和D14-2114-26 A;C;A;B14-27 D条纹数目第二十九页，本课件共有37页14-29 D14-31(向着劈棱弯曲凹陷，背离劈棱弯曲凸起）向着劈棱弯曲凹陷，背离劈棱弯曲凸起）ld（弯曲处的条纹级数比正常干涉情况下的条纹级（弯曲处的条纹级数比正常干涉情况下的条纹级次增大了，即劈尖变厚了，为凹陷，相邻条纹对次增大了，即劈尖变厚了，为凹陷，相邻条纹对应的劈尖厚度为半个波长。）应的劈尖厚度为半个波长。）第三十页，本课件共有37页14-34 B （左半侧无

18、半损，右侧有）（左半侧无半损，右侧有）14-40 14-4214-43无半损无半损(迈氏干涉仪光线往返经过介质两次迈氏干涉仪光线往返经过介质两次)第三十一页，本课件共有37页15-1 干涉干涉 15-2 子波；子波干涉子波；子波干涉15-3 4；第一；暗（半波带数是暗条纹级数的；第一；暗（半波带数是暗条纹级数的2倍）倍）15-4 2（位相差位相差）；暗暗15-6 D 15-7 C15-9类同类同第三十二页，本课件共有37页15-19 由已知，光栅常数由已知，光栅常数 （1）单缝衍射中央明纹宽度）单缝衍射中央明纹宽度（2）在该宽度内在该宽度内主极大数主极大数 即单缝衍射中央明纹范围内有即单缝衍射中央明纹范围内有 5 个主极大。个主极大。15-15 D第三十三页，本课件共有37页15-21 D （类似（类似15-23解法）解法）15-23第三十四页，本课件共有37页15-24 B15-29 （类似课上例题）（类似课上例题）15-27第三十五页，本课件共有37页15-34入射入射方向方向与衍射与衍射方向方向的夹角等于掠射角的夹角等于掠射角2倍。倍。2 即为掠射角即为掠射角第三十六页，本课件共有37页感感谢谢大大家家观观看看2022/12/8第三十七页，本课件共有37页