波动光学之偏振.pptx

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1、二、自然光和偏振光一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的光振动。自然光的表示法：光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。1.自然光第1页/共55页光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。一束线偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、相干的线偏振光。EEyEx yx线偏振光(完全偏振光)E播传方向振动面2.线偏振光和部分偏振光第2页/共55页线偏振光的表示法：光振动平行板面光振动垂直板面第3页/共55页部分偏振光是自然光与线偏振光的混合 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。部分偏振光的表

2、示法：平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强部分偏振光的分解部分偏振光第4页/共55页偏振度：讨论：部分偏振光自然光完全偏振光完全偏振光强度自然光强度第5页/共55页椭圆偏振光：光矢量末点的运动轨迹是正椭圆或斜椭圆。在迎光矢量图上，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。圆偏振光3.椭圆偏振光和圆偏振光线偏光椭圆偏振光第6页/共55页椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效为两个具有恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互垂直的线偏振光。第7页/共55页三、起偏和检偏起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。检偏：检查入射光的偏振性。透光轴方向自

3、然光偏振片线偏振光1、偏振片的起偏和检偏将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，确定光的偏振性。第8页/共55页线偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化，有消光现象第9页/共55页自然光通过旋转的检偏器，光强不变。第10页/共55页部分偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化。第11页/共55页自然光通过起偏器，成为线偏光注意自然光通过偏振片后光强的变化第12页/共55页I?P待检光I不变？是什么光I变，有消光？是什么光I变，无消光？是什么光第13页/共55页如果入射线偏振光的光强为I1，透过检偏器后，透射光的光强I2为四、马吕斯定律-线偏振光的振动方向与检偏器的透射轴方 向

4、之间的夹角。E1E1cos检偏器透射轴线偏振光振动方向消光第14页/共55页光强的调制:在透振方向正交的起偏器M和检偏器 N 之间，插入一片以角速度 旋转的理想偏振片 P，入射自然光强为 ,试求由系统出射的光强是多少？第15页/共55页每旋转偏振片P一周，输出光强有“四明四零”。t=00,900,1800,2700时，输出光强为零。t=450,1350,2250,3150时，输出光强为 。第16页/共55页 例1 强度为Io自然光连续通过三个叠在一起的偏振片A、B、C，AC，求最大透射光强。解 设偏振片A、B偏振化方向间的夹角为，有透射光强为可见最大透射光强为图16-10ABC自然光Io 第1

5、7页/共55页 例2 一束光是自然光和线偏振光的混合。当它通过一偏振片后，测得最大透射光强是最小透射光强的5倍，求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。解 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光强为I2，则透射光强即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。第18页/共55页五、布儒斯特定律-反射光和折射光的偏振自然光部分偏振光反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化部分偏振光 一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光：在反射光中,垂直振动多于平行振动;在折射光中,平行振动多于垂直振动。这里所说的“垂直”和“平行”是对入射面而言的。第19页/共55页这时反射光成为其振动方向垂直于入射

6、面的线偏振光。布儒斯特定律反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一特定值i0且满足自然光线偏振光部分偏振光起偏振角布儒斯特角注意：此时的折射光仍是部分偏振光第20页/共55页 讨论:(1)当以布儒斯特角入射时，反射光线折射光线，即：io+ro=90。所以：sinr o=cosio=sin(90o-io)于是有：io+ro=90o。即反射光线折射光线。n1n2ioro证：n1sinio=n2sinro第21页/共55页(2)布儒斯特角不同于全反射的临界角。当且仅当 时，反射光才是线偏振光。且n1n2或n1n2才会发生全反射。n1n2ioro第22页/共55页 利用玻璃片堆产生线偏振光ib

7、(接近线偏振光)玻璃片堆最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光第23页/共55页例3 画出下列图中的反射光和折射光。n1n2(a)in1n2(b)ioion1n2(c)in1n2(d)io第24页/共55页 例4 填空：(1)平行光以60o的入射角由空气射向一平板玻璃，发现反射光是完全偏振光,则折射光的折射角为 。玻璃的折射率为 。(2)某透明媒质对空气全反射的临界角为45o,则光从空气射向该媒质时的布儒斯特角为 。因 io+ro=90o，所以折射角r o=30o。又30o所以io=tg-154.7o第25页/共55页例5 有一平面玻璃放在水中，板面与水面的夹角为 ，若水面和玻璃板面的反射光都是

8、完全偏振光，解：若两支光均为全偏振光，应满足：在 中第26页/共55页方解石晶体实验一在各向同性的介质中S是点物S 的象天然的方解石晶体是双折射晶体实验二ABSS1、双折射现象六、晶体的双折射第27页/共55页光光当方解石晶体旋转时o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石 晶体第28页/共55页光光双折射当方解石晶体旋转时o光不动，e光围绕o光旋转纸面方解石 晶体第29页/共55页光光当方解石晶体旋转时o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石 晶体第30页/共55页光光当方解石晶体旋转时o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石 晶体第31页/共55页 双折射现象：对于各向异性晶体，一束光

9、射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。n1n2irore(各向异性媒质)自然光寻常光：对于晶体一切方向 都具有相同的折射率(即波速相同），且在入射面内传播，简称它为O光。寻常光线(o光)-遵守折射定律非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且 不一定在入射面内传播，简称为 e光。非常光线(e光)-不遵守折射定律o光和e光都是线偏振光。寻常光与非常光第32页/共55页(2)o光和e光都是线偏振光,振动方向相互垂直。方解石oeoe方解石 (3)产生双折射的原因:o光和e光的传播速度不同。o光在晶体中各个方向的传播速度相同，因而折射率no=c/o=恒量。e光在晶体中的传播速度e随方向变化，因

10、而折射率ne=c/e是变量，随方向变化。由于o光和e光的折射率不同，故产生双折射。第33页/共55页2、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。“光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。凡平行于此方向的直线均为光轴。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AB光轴102第34页/共55页主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面o光的振动面垂直于o光的主平面e光的振动面在e光的主平面内主折射率:o光的传播速率用 表示,其折射率用 表示.e光沿垂直于光轴方向上的传播速率用 表示,折射率用 表示,第

11、35页/共55页 3.惠更斯原理研究双折射现象 作图方法 1.o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为球面。e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面为旋转椭球面。2.o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波面在光轴方向相切；实验表明，在垂直于光轴的方向上速度相差最大。3.对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上,one,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光的子波面(球面)。第36页/共55页(1)光线斜入射，光轴与晶面斜交晶面方解石eeoo第37页/共55页(2)光线垂直入射，光轴与晶面平行晶面方解石ooee第38页/共55页双折射现象的应用尼科耳棱镜光轴在ABCD平面内方向与AB成48

12、0，入射面取ABCD面两块特殊要求加工的直角方解石，如图：加拿大树胶的折射率n=1.55，O光入射角大于其临界角arc sin(1.55/1.658)=69012，被全反射，在BD处为涂黑层所吸收。出射偏振方向在ABCD平面内的偏振光。方解石的折射率n0=1.658,ABDCe760O220680480第39页/共55页六.晶体相移器件，圆和椭圆偏振光的起偏波片(波晶片)相位延迟片波片是光轴平行表面的晶体薄片。.晶面光轴doe第40页/共55页Ao Ae光轴Pdyx线偏振光光轴 通过厚为d的晶片，o、e光产生光程差和相位差：振幅关系从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位

13、差的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。第41页/共55页(1)四分之一波片 线偏振光圆偏振光 线偏振光线偏振光从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）线偏振光椭圆偏振光第42页/共55页(2)二分之一波片使线偏振光振动面转过2角度A0入A0出A入A出Ae入=Ae出入光轴第43页/共55页.透光轴相互垂直8-8 偏振光的干涉一.偏振光干涉装置二.偏振光干涉的分析1.振幅关系P2P1CA1AeAoA2oA2e第44页/共55页在P2 后，两束光振动方向平行，振幅为：P2P1CA1AeAoA2oA2e是一对振幅相等的相干光通过晶体C后此两束光合成为一束椭圆偏振光通过P2 后（若P1、P2夹角小于，则

14、无附加相差）2.相位关系第45页/共55页相长干涉相消干涉若单色光入射,且d不均匀,则屏上出现等厚干涉条纹.三.色偏振白光入射，晶片d均匀屏上由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色这叫（显）色偏振。若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。如 红色相消绿色；蓝色相消黄色，第46页/共55页一、电光效应(克尔效应)某些非晶体和液体在与入射光方向垂直的强电场作用下，呈现双折射现象.8-9 电磁场的光效应和旋光现象在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性.透光轴相互垂直液体第47页/共55页 通过厚为l 的液体后，o、e光产生相位差：如平行板所加电压为U当外电场撤消时，这种性质立即消失.若去掉盒内电场，则

15、没有光从 透出。整个系统起“光开关”的作用。第48页/共55页 通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。由于电光效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达10-9 m/s。“光开关”,“光调制器”“光断续器”有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。第49页/共55页.透光轴相互垂直电光晶体+_泡克尔斯效应某些单轴晶体放在正交偏振片之间,在加电场后,使它引起感生双折射.第50页/共55页二、旋光现象对某些晶体,当线偏振光沿其光轴方向传播时,虽然不发生双折射，但出射偏振光的振动面相对于原入射光的振动面旋转了一定的角度，这种

16、现象称为振动面的旋转，也称旋光现象。未放置C，P2后视场黑暗放置C后，旋转P2一定角度，视场又变黑暗.第51页/共55页1、不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面 向不同方向旋转。2、振动面的旋转角与波长有关，波长给定则与旋光物质的厚度d 有关。3、偏振光通过旋光性液体(如糖溶液、松节油)时，振动面的旋转角线偏光电振动方绕着光的传播方向旋转过某一角度.在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光。第52页/共55页三、磁光效应透明介质在磁场作用下会产生旋光性,这种由磁场引起的振动面旋转的现象，称为磁致旋光,也称法拉第旋转效应。.磁致旋光效应中振动面的旋转角度与光在介质中通过的距离 ,以及介质内的磁感应强度B成正比.第53页/共55页当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋转过2，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。第54页/共55页谢谢您的观看！第55页/共55页