医学物理光的偏振.ppt

《医学物理光的偏振.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医学物理光的偏振.ppt（25页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第十三第十三章章 波动光学波动光学第三节第三节 光的偏振光的偏振一、一、自然光和偏振光自然光和偏振光二、二、马吕斯定律马吕斯定律四、四、光的双折射光的双折射三、三、布儒斯特定律布儒斯特定律五、五、二向色性和偏振片二向色性和偏振片第十三第十三章章 波动光学波动光学光的干涉、衍射光的干涉、衍射 光的光的波动性波动性。光的偏振光的偏振 光波是光波是横波横波。机械横波与机械横波与纵波的区别纵波的区别机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝偏振的概念：偏振的概念：振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振。振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振。偏振现象是横波所特有的。偏振现象是横波所特有的。光是横波，光矢量光是横波，

2、光矢量 的振动方向与光的传播方向垂直，的振动方向与光的传播方向垂直，光具有偏振性。光具有偏振性。第十三第十三章章 波动光学波动光学 振动面：振动面：指光矢量的振动方向与光传播方向所构成的平面。指光矢量的振动方向与光传播方向所构成的平面。线偏振光线偏振光符号表示符号表示振动面振动面1、自然光、自然光 偏振光偏振光一、一、自然光和偏振光自然光和偏振光 定义：若光矢量只在垂直于传播方向的一固定方向上振动，定义：若光矢量只在垂直于传播方向的一固定方向上振动，即为线偏振光。即为线偏振光。线偏振光的振动面是固定的，因此线偏振光又称为线偏振光的振动面是固定的，因此线偏振光又称为平面偏平面偏振光。振光。面对光

3、的传播方向看光的振动方向：面对光的传播方向看光的振动方向：第十三第十三章章 波动光学波动光学 自然光自然光：普通光源发出的光。：普通光源发出的光。符号表示符号表示 自然光在垂直于光的传播方向上，包含了所有方向的光自然光在垂直于光的传播方向上，包含了所有方向的光振动，且各方向上光振动的振幅相等，没有哪一个方向的光振动，且各方向上光振动的振幅相等，没有哪一个方向的光振动占优势。振动占优势。自然光自然光是非偏振光。是非偏振光。自然光的光振动可分解为任意两自然光的光振动可分解为任意两个振动方向相互垂直、振幅相等、无个振动方向相互垂直、振幅相等、无固定位相差的光振动。固定位相差的光振动。即一束自然光可分

4、解为即一束自然光可分解为两束两束振动振动方向互相垂直，等幅的、不相干的方向互相垂直，等幅的、不相干的线线编振光编振光。且两束线偏振光的光强相等，。且两束线偏振光的光强相等，为自然光光强的一半。为自然光光强的一半。各光矢量间无固定的相位关系各光矢量间无固定的相位关系。二二互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的。第十三第十三章章 波动光学波动光学 部分偏振光部分偏振光：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光：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振动占优势的光为部分偏振光。符号表示符号表示 一束部分偏振光可分解为两束振动方向互相垂直，振幅一束部分偏振光可分解为两束振动方向互

5、相垂直，振幅不等，无固定位相差的线偏振光。不等，无固定位相差的线偏振光。2、起偏器与检偏器起偏器与检偏器 偏振片偏振片：只让沿某一特定方向振动的光通过，而沿与：只让沿某一特定方向振动的光通过，而沿与之垂直方向振动的光全部被吸收。这个特定的方向叫偏振片之垂直方向振动的光全部被吸收。这个特定的方向叫偏振片的的透射轴方向透射轴方向。检偏器检偏器：用来检测入射光波是否为偏振光的装置。用来检测入射光波是否为偏振光的装置。起偏器起偏器：能够把自然光变成偏振光的装置能够把自然光变成偏振光的装置。第十三第十三章章 波动光学波动光学 起起 偏偏透射轴方向透射轴方向起偏器起偏器 起偏起偏：从自然光获得偏振光的过程

6、。从自然光获得偏振光的过程。检偏检偏：用另一个与起偏平行放置的偏振片可以检验用另一个与起偏平行放置的偏振片可以检验 入射光是否为偏振光。入射光是否为偏振光。第十三第十三章章 波动光学波动光学AB二、马吕斯定律二、马吕斯定律 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的偏振光通过的偏振光通过检偏振器后检偏振器后,出射光的强度为出射光的强度为第十三第十三章章 波动光学波动光学 例例1 有两个偏振片有两个偏振片,一个用作起偏器一个用作起偏器,一个用作一个用作检偏器检偏器.当它们透射轴方向间的夹角为当它们透射轴方向间的夹角为 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

7、偏振化当它们偏振化方向间的夹角为方向间的夹角为 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,出射光强为出射光强为 ,且且 .求两束单色自然光的强求两束单色自然光的强度之比度之比.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第十三第十三章章 波动光学波动光学 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系.讨论讨论第

8、十三第十三章章 波动光学波动光学若若 在在 间变化，间变化，如何变化如何变化？第十三第十三章章 波动光学波动光学空气空气 入射面入射面 入射光线和法线所入射光线和法线所成的平面成的平面。反射光反射光 垂直于入射面的振垂直于入射面的振动占优势。动占优势。折射光折射光 平行于入射面的振动占优势平行于入射面的振动占优势。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。1、光反射与折射时的偏振、光反射与折射时的偏振玻璃玻璃三、三、布儒斯特定律布儒斯特定律 自然光在两种介质的分界面自然光在两种介质的分界面上反射和折射时，反射光和折射上反射和折射时，反射光和折

9、射光都将成为部分偏振光。光都将成为部分偏振光。第十三第十三章章 波动光学波动光学2、布儒斯特定律、布儒斯特定律（1812年）年）反射光为完全偏振光，且振动反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分面垂直入射面，折射光为部分偏振光。偏振光。当当 时，时，1）自然光以起偏角入射时反射光和折射光互相垂直自然光以起偏角入射时反射光和折射光互相垂直。玻璃玻璃空气空气第十三第十三章章 波动光学波动光学 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.玻璃玻璃玻璃玻璃第十三第十三章章 波动光学波动光学注

10、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光强反射光的强度约占入射光强度的度的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第十三第十三章章 波动光学波动光学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，问 在界面在界面 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15%）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

11、堆玻璃片堆产生偏振光产生偏振光第十三第十三章章 波动光学波动光学动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学（一）、双折射的寻常光和非寻常光（一）、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 四四 光的双折射光的双折射第十三第十三章章 波动光学波动光学光的光的双折射现象双折射现象指一束光在各向异性介质中折射为两束的现象。指一束光在各向异性介质中折射为两束的现象。第十三第十三章章 波动光学波动光学 寻常光线（寻常光线（o o光）光）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）不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线

12、寻常光在入射面内传播，且寻常光在入射面内传播，且其中其中n0 对一定对一定的介质是一恒量，它不会随入射角的改变而改变。的介质是一恒量，它不会随入射角的改变而改变。则则 随入射角的改变而改变。随入射角的改变而改变。记记e光通常不在入射面内传播，且光通常不在入射面内传播，且第十三第十三章章 波动光学波动光学 寻常光线寻常光线 在晶体中各方向上传播速度相同。在晶体中各方向上传播速度相同。常量常量 非常光线非常光线 在晶体中各方向上传播速度不同在晶体中各方向上传播速度不同,随方向改变而随方向改变而改变。改变。（二）、光轴（二）、光轴 主平面主平面 光在折射率为光在折射率为 n 的介质中传播的速度为：的

13、介质中传播的速度为：1、光轴、光轴 在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向，当在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象光线沿这一方向传播时不发生双折射现象，称这一方向为晶，称这一方向为晶体的光轴。体的光轴。第十三第十三章章 波动光学波动光学注意：注意：晶体的光轴是指晶体中的一个晶体的光轴是指晶体中的一个特殊方向特殊方向。（1）所有平行于该特殊方向的直线方向均为光轴方向；）所有平行于该特殊方向的直线方向均为光轴方向；（2）当光在晶体中沿光轴方向传播时，不发生双折射现象。）当光在晶体中沿光轴方向传播时，不发生双折射现象。且沿光轴方向寻常光和非常光的传播速度相等。且

14、沿光轴方向寻常光和非常光的传播速度相等。（3）单轴晶体（方解石、石英、红宝石）单轴晶体（方解石、石英、红宝石）双轴晶体（云母、硫磺）双轴晶体（云母、硫磺）2、主平面、主平面晶体中任一光线与光轴所构成的平面，称为晶体中任一光线与光轴所构成的平面，称为该光线的主平面。该光线的主平面。（1）O光和光和e光都是线偏振光光都是线偏振光（2）O光的光振动方向垂直光的光振动方向垂直O光的主平面；光的主平面；e 光的光振动方光的光振动方向平行于向平行于 e 光的主平面。光的主平面。（3）通常情况下，）通常情况下，O光的主平面与光的主平面与 e 光的主平面不重合。光的主平面不重合。晶体光轴在入射面内时晶体光轴在

15、入射面内时,两主平面重合两主平面重合,两振动方向垂直两振动方向垂直.第十三第十三章章 波动光学波动光学 当光轴位于入射面内时，当光轴位于入射面内时，O光的主平面与光的主平面与e 光的主平面光的主平面重合。重合。O光的振动方向光的振动方向 e 光的光的振动方向垂直。振动方向垂直。光轴光轴为为e 光的主折射率光的主折射率（三）、单轴晶体的子波波阵面（三）、单轴晶体的子波波阵面 为为O光在晶体中的传播速度，光在晶体中的传播速度，为为e 光在垂直光轴方向的光在垂直光轴方向的传播速度。传播速度。寻常光寻常光的子波波面是的子波波面是球面球面，非常光非常光的子波波面为的子波波面为旋转椭球旋转椭球面面。的晶体

16、为的晶体为正晶体正晶体。的晶体为的晶体为负晶体负晶体。第十三第十三章章 波动光学波动光学O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面光轴光轴O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面光轴光轴正晶体的子波波面正晶体的子波波面负晶体的子波波面负晶体的子波波面在在光轴方向光轴方向,O光和光和e光具有相同的传播速度和折射率光具有相同的传播速度和折射率*双折射现象的惠更斯原理双折射现象的惠更斯原理 如书中图如书中图13-26第十三第十三章章 波动光学波动光学晶体的二向色性晶体的二向色性:单轴晶体对单轴晶体对o o光和光和e e光选择吸收光选择吸收.自然光通过这样自然光通过这样的晶体片后的晶体片后,就变成了偏振光就变成

17、了偏振光.用具有用具有二向色性的晶体二向色性的晶体可以制成可以制成偏振片偏振片 (起偏器和检骗器起偏器和检骗器)五五 二向色性和偏振片二向色性和偏振片第十三第十三章章 波动光学波动光学 本章小结本章小结1、光的干涉、杨氏双缝干涉、光的干涉、杨氏双缝干涉(重点重点)2、光程、干涉应用、光程、干涉应用-薄膜干涉、等厚条纹薄膜干涉、等厚条纹(劈尖及劈尖及牛顿环牛顿环)3、迈克耳孙干涉仪、迈克耳孙干涉仪4、光的衍射、惠更斯一菲涅耳原理、单缝夫琅禾、光的衍射、惠更斯一菲涅耳原理、单缝夫琅禾费衍射、光学仪器的分辨率费衍射、光学仪器的分辨率5、光栅衍射、平面透射光栅、光栅衍射、平面透射光栅(重点重点)6、光的偏振、自然光和线偏振光、起偏和检偏、光的偏振、自然光和线偏振光、起偏和检偏、马吕斯定律、布儒斯特定律马吕斯定律、布儒斯特定律第十三第十三章章 波动光学波动光学十三章波动光学作业十三章波动光学作业;13-5 13-7 13-11 13-14 13-16