大学物理第15章光的偏振课件.ppt

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1、15.1 自然光和偏振光自然光和偏振光15.2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律15.3 反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振15.4 光的双折射光的双折射 15.5 偏振光的干涉偏振光的干涉 15.6 旋光现象旋光现象 第第15章光的偏振章光的偏振1 光的偏振现象显示出光的横波性，这和光的电光的偏振现象显示出光的横波性，这和光的电磁理论的预言完全一致，磁理论的预言完全一致，为光的电磁波本性提供为光的电磁波本性提供了进一步的证据了进一步的证据.光的偏振现象在自然界中普遍存在光的偏振现象在自然界中普遍存在.215.1自然光和偏振光自然光和偏振光 一、横波的偏振性一、横波的偏振性振动

2、面振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。偏振偏振:波波的振动方向相对传播方向的不对称性。的振动方向相对传播方向的不对称性。光的偏振态光的偏振态:光矢量在与光传播方向垂直的光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。平面内的振动状态。3二二.自然光自然光自然光是非偏振光自然光是非偏振光 光光振振动动的的振振幅幅在在垂垂直直于于光光波波的的传传播播方方向向上上，既既有有时时间间分分布布的的均均匀匀性性，又又有有空空间间分分布布的的均均匀匀性性，具具有这种特性的光就叫有这种特性的光就叫自然光自然光。自然光的分解自然光的分解一般一般 但此时但此时非相干

3、非相干因此因此,自然光的表示自然光的表示4三三.线偏振光线偏振光 光矢量的振动方向始终不变的光，叫线偏振光。光矢量的振动方向始终不变的光，叫线偏振光。又称又称平面偏振光平面偏振光E传传播方向播方向振动面振动面面面对对光光的的传传播播方向看方向看线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光振动平行板面光振动平行板面光振动垂直板面光振动垂直板面5四部分偏振光四部分偏振光 光光矢矢量量的的振振动动各各个个方方向向都都有有，一一个个方方向向振振动动较较弱弱，而另一方向振动较强的光而另一方向振动较强的光，叫，叫部分偏振光部分偏振光.部分偏振光可以看作是由一个完全偏振光和一部分偏振光可以看作是由一个完全偏振光和

4、一个自然光混合起来组成的。个自然光混合起来组成的。表示法：表示法：615.2起偏和检偏马吕斯定律起偏和检偏马吕斯定律一偏振片的起偏、检偏一偏振片的起偏、检偏起偏：起偏：把自然光把自然光(或非偏振光或非偏振光)变成变成线偏振光的过程。线偏振光的过程。检偏：检偏：检查入射光的偏振性。检查入射光的偏振性。起偏的原理起偏的原理:利用某种形式的不对称性利用某种形式的不对称性偏振化方向偏振化方向:偏振片上允许通过光振动的方向。也叫偏振片上允许通过光振动的方向。也叫透光轴透光轴。偏振光的检验偏振光的检验偏振片转一周偏振片转一周消光消光线偏光线偏光部分偏光部分偏光强强度度变变，无无消光消光自然光自然光强度不变

5、强度不变透光轴透光轴7I二马吕斯定律二马吕斯定律线偏振光通过偏振片线偏振光通过偏振片P 前后的光强关系：前后的光强关系：设设为振动方向与偏振化方向的夹角为振动方向与偏振化方向的夹角 I0PP E0 E=E0cos 8 消光消光注意：注意：入射光必须是线偏振光，不是自然光入射光必须是线偏振光，不是自然光是与是与cos2正比正比915.3 反射光与折射光的偏振反射光与折射光的偏振一、布儒斯特定律一、布儒斯特定律n2n1ii 垂直入射面的垂直入射面的E矢量占优势矢量占优势平行入射面的平行入射面的E矢量占优势矢量占优势入射角入射角i 变变反射、折射光的偏振度也变。反射、折射光的偏振度也变。i=i0 时

6、，反射光时，反射光只有只有垂直垂直分量：分量：n2n1ii i0+0=90 10i0 布儒斯特角布儒斯特角或或 起偏角起偏角由由 有有布儒斯特定律布儒斯特定律虽然反射光是虽然反射光是E E矢量垂直于入射面的线偏振光，矢量垂直于入射面的线偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的的15%15%，反射偏振光非常微弱，反射偏振光非常微弱这也说明了折射光依然是部分偏振光。这也说明了折射光依然是部分偏振光。11二应用二应用用玻璃片堆获偏振光用玻璃片堆获偏振光i0(接近线偏振光接近线偏振光)玻璃片堆玻璃片堆外腔式外腔式激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，

7、激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，可可减少反射损失减少反射损失 i0i0激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0i01215.4光的双折射光的双折射 一一.双折射现象寻常光和非常光双折射现象寻常光和非常光双折射双折射双折射双折射方解石方解石 晶体晶体 当一束光当一束光射到各向异性介质时，射到各向异性介质时，可产生两束折可产生两束折射光的射光的现象现象寻常光线寻常光线(o光光)：遵守折射定律：遵守折射定律非常光线非常光线(e光光)：不遵守折射定律：不遵守折射定律o光和光和e光都是线偏振光。光都是线偏振光。o光和光和e光只在双折射光只在双折射晶体的内部晶体的内部才有意义才有意义13 二二.晶

8、体的光轴与光线的主平面晶体的光轴与光线的主平面 1.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不发生双当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为折射，该方向称为晶体的光轴晶体的光轴。方方解解石石光光轴轴方方向向就就是是从从它它的的一一个个钝钝偶偶所所作作的的等等分分角角线线。即即它它与与钝钝偶偶的的三三条条棱棱线线成等角。成等角。AB光轴是一光轴是一特定的方向，特定的方向，不是指一条特定的直线不是指一条特定的直线单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体 例如，冰洲石、石英、红宝石等例如，冰洲石、石英、红宝石等双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体有两个光

9、轴的晶体 如云母、蓝宝石等如云母、蓝宝石等.142.2.主平面主平面 晶体中的晶体中的光线和光轴组成的平面。光线和光轴组成的平面。一般情况下，一般情况下，o o光主平面与光主平面与e e光主平面不重合。光主平面不重合。o光主平面光主平面光轴光轴o光光o o光的振动方向垂直光的振动方向垂直于自己的主平面于自己的主平面e光主平面光主平面光轴光轴e光光e e光的振动方向平行光的振动方向平行于自己的主平面于自己的主平面3.3.主截面主截面 由由晶晶体体光光轴轴和和晶晶体体表表面面法法线方向组成的平面。线方向组成的平面。e光主平面光主平面o光主平面光主平面若入射光在主截面内，则若入射光在主截面内，则o光

10、，光，e光的主平面重合，此时光的主平面重合，此时o、e光的振动方向互相垂直。光的振动方向互相垂直。1515.5偏振光的干涉偏振光的干涉 一、椭圆偏振光与圆偏振光一、椭圆偏振光与圆偏振光通过通过d后，位相差后，位相差16四分之一波片四分之一波片二分之一波片二分之一波片通过晶片后的光成为圆偏振光通过晶片后的光成为圆偏振光通过晶片后的光成为线偏振光，通过晶片后的光成为线偏振光，振动方向旋转振动方向旋转900。17二、二、偏振光干涉偏振光干涉透光轴相互垂直透光轴相互垂直P2CP1 是一对振幅相等的相干光是一对振幅相等的相干光18光强决定于两束光的总位相差光强决定于两束光的总位相差第一项为两光通过晶片产

11、生的位相差第一项为两光通过晶片产生的位相差第二项是由于第二项是由于 方向相反引起的附加位相差方向相反引起的附加位相差干涉的明暗条件干涉的明暗条件1915.6旋旋 光光 现现 象象 线线偏偏振振光光通通过过某某些些透透明明物物质质时时，线线偏偏振振光光的的振振动动面面将将旋旋转转一一定定的的角角度度，这这种种现现象象称称为为振振动动面面的的旋旋转转，也称也称旋光现象旋光现象。FCSP1P2旋光物体旋光物体过滤器过滤器未放置未放置C时，时，P2后是消光，变黑暗。后是消光，变黑暗。放置放置C后，后，P2后黑暗变为明亮后黑暗变为明亮 旋转旋转P2一定角度，视场有消光现象。一定角度，视场有消光现象。20

12、1.不不同同的的旋旋光光物物质质可可以以使使线线偏偏振振光光的的振振动动面面 向不同方向旋转。向不同方向旋转。面对光源观察，振动面右旋，右旋物质；面对光源观察，振动面右旋，右旋物质；振动面左旋，左旋物质振动面左旋，左旋物质.如：石英晶体，有右旋和左旋两种类型；如：石英晶体，有右旋和左旋两种类型；葡萄糖为右旋糖；果糖为左旋糖葡萄糖为右旋糖；果糖为左旋糖.2.振动面的旋转角振动面的旋转角 与波长有关，与波长有关，波长给定则与旋光物质的厚度波长给定则与旋光物质的厚度d 有关。有关。称旋光恒量称旋光恒量 3.偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角c是旋光物质的浓度是旋光物质的浓度 2122