第五章 光的偏振PPT讲稿.ppt
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1、第五章 光的偏振第1页,共56页,编辑于2022年,星期二5.1 自然光与偏振光自然光与偏振光5.2 线偏振光与部分偏振光线偏振光与部分偏振光5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象光通过单轴晶体时的双折射现象5.4 光在晶体中的波面光在晶体中的波面5.5 光在晶体中的传播方向光在晶体中的传播方向5.6 偏振器件偏振器件5.7 椭圆偏振光与圆偏振光椭圆偏振光与圆偏振光第2页,共56页,编辑于2022年,星期二5.8 偏振态的实验检验偏振态的实验检验5.9 偏振光的干涉偏振光的干涉5.10 光弹性效应和电光效应光弹性效应和电光效应5.11 线偏振光沿晶体光轴传播时振动面的线偏振光沿晶体光轴传播时振动
2、面的旋转旋转5.12 偏振态的矩阵表述偏振态的矩阵表述 琼斯矢量和琼斯琼斯矢量和琼斯矩阵矩阵第3页,共56页,编辑于2022年,星期二5.1 自然光与偏振光自然光与偏振光前前言言横波横波波的振动方向与传播方向波的振动方向与传播方向相互垂直相互垂直。纵波纵波波的振动方向与传播方向波的振动方向与传播方向相同相同。波的振动方向对传播方向波的振动方向对传播方向具有对称性具有对称性。波的振动方向对传播方向波的振动方向对传播方向没有对称性没有对称性偏振偏振一、一、光的偏振性光的偏振性光光单色光单色光复色光复色光(频率频率)光波是电磁波,光波是电磁波,光与物质相互作用是,光与物质相互作用是,起主要作用的是起
3、主要作用的是电矢量电矢量所以所以电矢量电矢量 称为称为光矢量。光矢量。偏振态偏振态在在垂直于光传播方向的平面内垂直于光传播方向的平面内光矢量光矢量 的振动状态。的振动状态。第4页,共56页,编辑于2022年,星期二自然光自然光(非偏振光)(非偏振光)一一般般光光源源发发出出的的光光圆圆偏偏振振光光椭椭圆圆偏偏振振光光左左旋旋右右旋旋偏振态的分类偏振态的分类部分偏振光部分偏振光完全偏振光完全偏振光左左旋旋右右旋旋平平面面偏偏振振光光(线线偏偏振振光光)一般,用一般,用单色光单色光讨论讨论偏振态。偏振态。第5页,共56页,编辑于2022年,星期二二、二、自然光与偏振光自然光与偏振光E播播传传方方向
4、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 1.平面偏振光(线偏振光)平面偏振光(线偏振光)表示法: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第6页,共56页,编辑于2022年,星期二2.2.自然光自然光等幅的、等幅的、不相干不相干的线偏振光。的线偏振光。自然光的表示法:自然光的表示法: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束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、非相干非相干第7页,共56页,编辑于2022年,星期二5.2 线偏
5、振光与部分偏振光线偏振光与部分偏振光利用利用 物质的二向色性物质的二向色性分界面的反射和折射分界面的反射和折射晶体的双折射晶体的双折射可得到可得到线偏振光线偏振光 一、一、由二向色性产生平面偏振光由二向色性产生平面偏振光1.二向色性二向色性对相互垂直的振动的具有不同吸收本领的特性。对相互垂直的振动的具有不同吸收本领的特性。偏振片偏振片起偏器起偏器用来产生线偏振光用来产生线偏振光检偏器检偏器用来检验偏振光用来检验偏振光 检偏第8页,共56页,编辑于2022年,星期二2.马吕斯定理马吕斯定理 P2A1P2 A 2=A1cos 马吕斯定律马吕斯定律(18091809)消光消光线偏振光线偏振光 IP1
6、 透振方向透振方向非偏振光非偏振光I0 马吕斯定律第9页,共56页,编辑于2022年,星期二二、二、反射光的偏振态反射光的偏振态1.布儒斯特角布儒斯特角当当rp=0 即反射光中无平行分量,即反射光中无平行分量,成为成为平面偏振光。平面偏振光。用用i10表示表示i10布儒斯特角布儒斯特角p分量分量振动方向平行于入射面振动方向平行于入射面s分量分量振动方向垂直于入射面振动方向垂直于入射面自然光反射和折射后成为部分偏振光自然光反射和折射后成为部分偏振光n1n2i10i1i2S 分量分量P 分量分量第10页,共56页,编辑于2022年,星期二 2.部分偏振光部分偏振光平面偏振光平面偏振光+自然光自然光
7、表示法:表示法:最常讨论的部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合,最常讨论的部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合,分解分解非相干非相干平平行行板板面面的的光振动较强光振动较强 垂垂直直板板面面的的光振动较强光振动较强天空的散射光和水面的反射光天空的散射光和水面的反射光就是这种部分偏振光,它可以分解如就是这种部分偏振光,它可以分解如下:下:第11页,共56页,编辑于2022年,星期二自然光不以自然光不以布儒斯特角入射:布儒斯特角入射:自然光反射和折射后成为部分偏振光自然光反射和折射后成为部分偏振光n1n2i1i1i2S 分量分量P 分量分量第12页,共56页,编辑于2022年,星期二3.偏
8、振度偏振度偏振度偏振度自然光自然光 P=0线偏振光线偏振光 P=1部分偏振光部分偏振光0P1 书书P52页,例页,例5.2实验上很难实验上很难以准确的布儒斯特角入以准确的布儒斯特角入射,使反射光成平面偏振光。射,使反射光成平面偏振光。一般用一般用玻璃堆玻璃堆,透射光透射光成平面偏振光。成平面偏振光。激光器谐振腔激光器谐振腔输出输出线偏振光线偏振光布儒斯特窗布儒斯特窗第13页,共56页,编辑于2022年,星期二书书P309页,例页,例5.1将两块理想的偏振片将两块理想的偏振片P1和和P2共轴放置如图所示,然后将强度为共轴放置如图所示,然后将强度为I1的自然光和强度为的自然光和强度为I2的线偏振光
9、同时垂直入射到的线偏振光同时垂直入射到P1上,从上,从P1透射后又入射到偏振片透射后又入射到偏振片P2上,试问:上,试问:(1)P1不动,将不动,将P2以光线为轴转动一周,从系统透射出来以光线为轴转动一周,从系统透射出来的光强将如何变化?的光强将如何变化?(2)欲使从系统透射出来的光强最大,应如何放置)欲使从系统透射出来的光强最大,应如何放置P1和和P2?P2自然光自然光I1线偏振光线偏振光 I2P1 透振方向透振方向第14页,共56页,编辑于2022年,星期二解:解:已知自然光强已知自然光强I1,线偏振光光强,线偏振光光强I2,设线偏振光,设线偏振光振动方向与振动方向与P1透振方向夹角为透振
10、方向夹角为 则,经则,经P1后透射光强为后透射光强为经经P2后透射光强为后透射光强为(1)将)将P2转动一周,可得转动一周,可得时,光强最大时,光强最大时,光强最小时,光强最小(2)由(由(1)中讨论可知,)中讨论可知,当当=0,180且且=0时,系统光强最大。时,系统光强最大。先固定先固定P1,转动,转动P2使透射光强达到最大;使透射光强达到最大;然后同步转动然后同步转动P1和和P2,使透射光强达到最大即可。,使透射光强达到最大即可。第15页,共56页,编辑于2022年,星期二书书P.312例例5.2通过偏振片观察一束部分偏振光。当偏振片由对应透射光强最大位置转通过偏振片观察一束部分偏振光。
11、当偏振片由对应透射光强最大位置转过过60时,其光强减为一半。试求这束部分偏振光的强度之比和光束的时,其光强减为一半。试求这束部分偏振光的强度之比和光束的偏振度。偏振度。解:解:设部分偏振光分为自然光强为设部分偏振光分为自然光强为In和强度为和强度为Ip的线偏振光的叠加。的线偏振光的叠加。经偏振片经偏振片P后透射光强最大为后透射光强最大为(=0)P Ip偏振片转动偏振片转动60(=60)后后透射光强为透射光强为由题意,由题意,即即整理得,整理得,偏振度偏振度第16页,共56页,编辑于2022年,星期二5.3 光通过单轴晶体时的双折射现象光通过单轴晶体时的双折射现象一、一、双折射现象双折射现象2.
12、2.寻常(寻常(o o)光和非寻常()光和非寻常(e e)光)光自然光入射到自然光入射到各向异性介质中,各向异性介质中,折射光分成两束的现象折射光分成两束的现象。1.双折射双折射in1n2rore(各向异各向异性介质性介质)自然光自然光o光光e光光o o光光 :遵从折射定律遵从折射定律o o光折射线在入射面内。光折射线在入射面内。e e光光 :一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律e e光折射线也光折射线也不一定不一定在入射面内。在入射面内。第17页,共56页,编辑于2022年,星期二 方解石方解石oee o 演示演示以入射方向为轴旋转方解石方解石方解石偏偏振振片片双折射的两双折射的两束光振动方
13、束光振动方向相互垂直向相互垂直第18页,共56页,编辑于2022年,星期二象象折射现折射现双双折射现折射现方解石晶体方解石晶体CaCO3纸面纸面双折射会映射出双像:双折射会映射出双像:第19页,共56页,编辑于2022年,星期二光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体 o光的像光的像e光的像光的像当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o 光的像不动,光的像不动,e光的像围绕光的像围绕 o
14、光的像旋转。光的像旋转。第20页,共56页,编辑于2022年,星期二二、二、光轴和主截面光轴和主截面 特特定定的的方方向向,晶晶体体中中光光沿沿这这个个方方向向传传播播时时,不不发发生生双双折射现象折射现象。例如,方解石晶体(冰洲石)例如,方解石晶体(冰洲石)由由钝隅钝隅引出的与三个棱边成等引出的与三个棱边成等角的方向就是角的方向就是光轴。光轴。AB10278沿沿此方向的直线此方向的直线均为均为光轴。光轴。1.光轴光轴沿光轴方向传播沿光轴方向传播 n()=no沿垂直于光轴方向传播沿垂直于光轴方向传播 n()=ne n()为为e光的折射率光的折射率光轴光轴第21页,共56页,编辑于2022年,星
15、期二单轴晶体:单轴晶体:只有一个光轴的晶体,只有一个光轴的晶体,如方解石、石英。如方解石、石英。双轴晶体:双轴晶体:有两个光轴的晶体,有两个光轴的晶体,如云毋、硫磺、黄玉。如云毋、硫磺、黄玉。2.2.主截面主截面晶体中晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面光的传播方向与晶体光轴构成的平面o光光光轴光轴o光的光的主截面主截面e光光光轴光轴e光的光的主截面主截面叫该光线的叫该光线的主截面。主截面。o光的振动方向光的振动方向垂直于垂直于垂直于垂直于o光的主截面光的主截面e光的振动方向光的振动方向平行于平行于平行于平行于e光的主截面光的主截面一般,一般,o光与光与e光光的的振动方向振动方向不垂直。不垂
16、直。晶体双折射第22页,共56页,编辑于2022年,星期二如果如果光轴在入射面内光轴在入射面内,两主截面重合两主截面重合,则,则o光与光与e光的振动方向相互垂直光的振动方向相互垂直。注:注:若两截面夹角很小,常常将若两截面夹角很小,常常将o光与光与e光的振动方向光的振动方向 看作看作近似垂直。近似垂直。三、三、o光与光与e光的相对光强光的相对光强1.自然光入射自然光入射光光轴轴 e方解石方解石oI考虑垂直入射的特殊情况(光轴在入射面内)考虑垂直入射的特殊情况(光轴在入射面内)第23页,共56页,编辑于2022年,星期二2.线偏振光入射线偏振光入射AeAo(底面投影图)(底面投影图)以入射光为轴
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