振动和光第五章 光的偏振(精品).ppt

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1、第五章第五章第五章第五章光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振polarization of lightpolarization of lightpolarization of lightpolarization of light5.1 光的偏振状态光的偏振状态光波的横波性，光矢量光波的横波性，光矢量电矢量电矢量 ；偏振态偏振态一一.完全偏振光完全偏振光 (线线偏振光偏振光)面对光的传播方向观察面对光的传播方向观察线偏振光的分解线偏振光的分解(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)线偏振光的表示法线偏振光的表示法二二.自然光自然光面对光的传播方向观察面对光的传播方向观察自自然

2、然光光可可用用两两个个相相互互独独立立的的、没没有有固固定定相相位位关关系系的的、等等振振幅幅且且振振动动方方向相互垂直的线偏振光表示向相互垂直的线偏振光表示。自然光的表示法自然光的表示法三三.部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光部部分分偏偏振振光光可可用用两两个个相相互互独独立立的的、没没有有固固定定相相位位关关系系的的、不不等等振振幅幅且且振振动动方方向向相互垂直的线偏振光表示。相互垂直的线偏振光表示。四四.圆（椭圆）偏振光圆（椭圆）偏振光圆圆（椭圆）（椭圆）偏振光：振幅偏振光：振幅保保持不变持不变（不断变化），（不断变化），而方而方向周期性变化，但电场

3、矢量向周期性变化，但电场矢量绕传播方向螺旋前进形成！绕传播方向螺旋前进形成！c朝光源看：朝光源看：电场矢量方向按电场矢量方向按顺时针顺时针方向方向旋转的，称为旋转的，称为右旋右旋偏振光；偏振光；电场矢量方向按电场矢量方向按逆时针逆时针方向方向旋转的，称为旋转的，称为左旋左旋偏振光。偏振光。部分偏振光的表示法部分偏振光的表示法平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验一一.起偏和检偏起偏和检偏自然光自然光I0线偏振光线偏振光I偏振化方向偏振化方向线偏振光线偏振光I起偏器起偏器检偏器检偏器二二.马吕斯定律马吕斯定

4、律P P1 1P P2 2E EE E0 0P1P2(马吕斯定律马吕斯定律)注意：注意：是是入射线偏振光光强；入射线偏振光光强；I I是通过检偏器后偏振光的光强。是通过检偏器后偏振光的光强。消光消光当当当当自然光自然光I0线偏振光线偏振光I偏振化方向偏振化方向线偏振光线偏振光I起偏器起偏器检偏器检偏器P1P23 3、要使线偏振光的光振动方向改变、要使线偏振光的光振动方向改变90900 0，最少需要几块偏振片？，最少需要几块偏振片？延伸：延伸：偏振片如何放置才能使透射光强度最大？偏振片如何放置才能使透射光强度最大？最少需要两块。最少需要两块。互成互成45450 0角。角。思考：思考：2 2、将、

5、将P P2 2旋转旋转3603600 0，透过它的光强有何变化？，透过它的光强有何变化？线偏振光透过偏振片后光强变化，将出现两明两暗。（有消光现象）线偏振光透过偏振片后光强变化，将出现两明两暗。（有消光现象）自然光透过偏振片后光强不变，但只有入射光强的一半。自然光透过偏振片后光强不变，但只有入射光强的一半。1 1、将、将P P1 1旋转旋转3603600 0，透过它的光强有何变化？，透过它的光强有何变化？4.判断：判断：已知入射光为线偏振光、自然光已知入射光为线偏振光、自然光、部分偏振光中的一种，现在部分偏振光中的一种，现在令入射光通过偏振片令入射光通过偏振片I I，改变，改变 I I 的透振

6、方向，通过观察透射光强的透振方向，通过观察透射光强变化区分这三种光？变化区分这三种光？I I1）.强度有变化，而且有消光现象强度有变化，而且有消光现象线偏振光线偏振光2）.强度没有变化强度没有变化自然光自然光3）.强度有变化，但无消光现象强度有变化，但无消光现象部分偏振光部分偏振光例例1 1：用用两两偏偏振振片片平平行行放放置置作作为为起起偏偏器器和和检检偏偏器器。在在它它们们的的偏偏振振化化方方向向成成30300 0角角时时，观观测测一一光光源源，又又在在成成60600 0角角时时，观观察察同同一一位位置置处处的的另另一一光光源源，两两次次所所得得的的强强度度相相等等。求求两两光光源源照照到

7、起偏器上光强之比。到起偏器上光强之比。由马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为由马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为按题意：按题意：即：即：解解 :令令I I1 1和和I I2 2分别为两光源照到起偏器上的光强。分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别为透过起偏器后，光的强度分别为I I1 1/2/2和和I I2 2/2/2。平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成 60 夹角。让夹角。让自然光垂直入射后自然光垂直入射后,下列两种情况下：下列两种情况下：(1)无吸收时，有无吸收时，有(1)两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收两偏振片对

8、光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收例例2：求求解解(2)有吸收时，有有吸收时，有(2)两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收了了10%的能量的能量透射光的光强与入射光的光强之比是多大？透射光的光强与入射光的光强之比是多大？5.3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振一一.反射和折射产生的偏振反射和折射产生的偏振i 0 布儒斯特角布儒斯特角或或起偏角起偏角自自然然光光反反射射和和折折射射后后产产生生部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光i 0+=90o 时，反射光为线偏振光时，反射光为线偏振光二二.布儒斯特定律布儒斯特定律 1 1、

9、反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光、反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光 ；以以布儒斯特角布儒斯特角入射时：入射时：线偏振光线偏振光例如：例如：i i0 0互互余余!n n1 1=1.00=1.00（空气空气）；）；n n2 2=1.50=1.50（玻璃玻璃），则：），则：由空气由空气玻璃玻璃由由玻璃玻璃空气空气2 2、反射光和折射光传播方向相互垂直；、反射光和折射光传播方向相互垂直；3 3、反射光是线偏振光但光强弱，折射光是部分偏振光但、反射光是线偏振光但光强弱，折射光是部分偏振光但 光强强。光强强。玻璃片堆：玻璃片堆：许多玻璃片叠起来，许多玻璃片叠起来，用以增大反射用以增大反射光光的强的

10、强 度和折射光度和折射光的偏振化程度。的偏振化程度。接近线偏振光接近线偏振光三、应用三、应用 玻璃片堆玻璃片堆i0线偏振光线偏振光5.4 5.4 光的双折射光的双折射一一、双折射现象双折射现象：一束光入射到一束光入射到各向异性介质各向异性介质折射后出现两束折射后出现两束 折射光线的现象。折射光线的现象。1.寻常光线和非常光线寻常光线和非常光线n1n2各向异性媒质各向异性媒质o光光oee光光 eo i自然光自然光寻常光线（寻常光线（o o光）：光）：遵从折射定律遵从折射定律非常光线（非常光线（e e光）光）:一一般不遵从折射定律般不遵从折射定律注意：注意：e e 光折射线也不一定在入射面内！光折

11、射线也不一定在入射面内！o o光和光和e e光都是线偏振光光都是线偏振光2、晶体的性质、晶体的性质 当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时将将不不发发生生双双折折射射，该该方向称为晶体的方向称为晶体的光轴光轴，例如例如：方解石晶体：方解石晶体(冰洲石冰洲石)光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向,凡凡平平行行于于此此方向的直线均为光轴。方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体A光轴光轴102B方解石晶体方解石晶体1）光轴）光轴2）正晶体、负晶体）正晶体、负晶体 寻常光线的传播速度为寻

12、常光线的传播速度为v0，非常光线在晶体内各个方向的传播速非常光线在晶体内各个方向的传播速度不一样，在垂直于光轴方向的传播速度为度不一样，在垂直于光轴方向的传播速度为ve。o 光光:e 光光:(o 光主折射率光主折射率)(e 光光主折射率主折射率)78ECD 正晶体正晶体 子波源子波源光轴光轴vo tve to波面波面e波面波面(平行光轴截面平行光轴截面)(垂直光轴截面垂直光轴截面)负晶体负晶体光轴光轴 子波源子波源vo tve te波面波面o波面波面(平行光轴截面平行光轴截面)(垂直光轴截面垂直光轴截面)o波面波面o波面波面e波面波面e波面波面3 3）主平面）主平面e e 光振动方向在主平面内

13、光振动方向在主平面内o o 光振动方向垂直于主平面光振动方向垂直于主平面光轴光轴光轴光轴e光光o光光e e 光的光的主平面主平面O O 光的光的主平面主平面晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。光轴在入射面时光轴在入射面时,o o 光主平面和光主平面和e e 光主平面重合光主平面重合,此时此时o o 光光振动和振动和e e 光振动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很小，光振动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很小，故可认为故可认为o o 光振动和光振动和e e 光振动仍然相互垂直。光振动仍然相互垂直。3.惠更斯原理在双折射现象中的应用惠更斯原理在双

14、折射现象中的应用1 1）光轴平行于晶体表面，自然光垂直入射光轴平行于晶体表面，自然光垂直入射.o o、e e 光光传播传播方向方向相同相同，但速度，但速度不同，有双折射现象。不同，有双折射现象。空气空气方解石晶体方解石晶体光轴光轴 o光光e光光o光光e光光AB空气空气方解石晶体方解石晶体光轴光轴 icto光光e光光o光光e光光2 2）光轴平行于晶体表面，自然光斜入射光轴平行于晶体表面，自然光斜入射.ot e etABC3）光轴平行于晶体表面且垂直于入射面，）光轴平行于晶体表面且垂直于入射面，自然光斜入射自然光斜入射.io光光e光光空气空气 方解石晶体方解石晶体光轴光轴 o光光e光光ct e e

15、t otABC4）光轴在入射面内并垂直于晶体表面，自然光垂直入射）光轴在入射面内并垂直于晶体表面，自然光垂直入射.光在光在晶体内沿光轴方向传播，不发生双折射。晶体内沿光轴方向传播，不发生双折射。空气空气方解石方解石折射表面折射表面e波面波面o波面波面e波面波面o波面波面5）光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射）光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射.e波面波面o波面波面e波面波面o波面波面空气空气方解石方解石折射表面折射表面6）光轴与晶体表面斜交，自然光斜入射）光轴与晶体表面斜交，自然光斜入射1）晶体的二向色性和偏振片晶体的二向色性和偏振片 光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴 某些晶体对某些晶体对相

16、互垂直的光振动有选择吸收的性能相互垂直的光振动有选择吸收的性能，这叫，这叫晶体的二向色性。晶体的二向色性。4.晶体偏振器件晶体偏振器件 方解石方解石玻璃玻璃胶合剂胶合剂 o吸收涂层吸收涂层i光轴光轴2 2）偏振棱镜偏振棱镜偏光镜偏光镜:格兰格兰汤姆孙棱镜汤姆孙棱镜光轴的取向使光轴的取向使o光、光、e光对应的恰是光对应的恰是no、ne 。no(1.6584)ne(1.4864)n玻玻=1.655，n胶胶=1.655 n胶胶非常接近非常接近no，所以入射自然光中的垂直分量几乎无偏折所以入射自然光中的垂直分量几乎无偏折射入方解石而后射入空气，但射入方解石而后射入空气，但ne比比n胶胶小，当入射角大于临界角小，当入射角大于临界角时，入射光中的平行振动在胶合剂与方解石的界面发生全反射，时，入射光中的平行振动在胶合剂与方解石的界面发生全反射，透过方解石的光就为线偏振光。透过方解石的光就为线偏振光。第第五五章章 作业作业P P245245：1 1，5 5，9 9，1010