第五章-光的偏振节优秀PPT.ppt
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1、11相互垂直的简谐振动的合成相互垂直的简谐振动的合成在有些实际问题中,常会遇到一个质点同时参与在有些实际问题中,常会遇到一个质点同时参与两个不同方向的振动,这时质点的合位移是两个两个不同方向的振动,这时质点的合位移是两个分振动的位移的矢量合分振动的位移的矢量合1.相互垂直的两个同频率简谐振动的合成相互垂直的两个同频率简谐振动的合成设两个简谐振动分别在设两个简谐振动分别在 x 轴和轴和 y 轴上进行,轴上进行,振动频率相同,它们的振动表达式为振动频率相同,它们的振动表达式为x=A1cos(t+1)y=A2cos(t+2)任何时刻任何时刻 t 质点的质点的位置坐标是位置坐标是(x,y)回回 忆忆1
2、x=A1cos(t+1)y=A2cos(t+2)消去参数消去参数 t,可得质点运动的可得质点运动的轨迹方程轨迹方程这是一个椭圆轨迹方程这是一个椭圆轨迹方程因为质点在因为质点在x 轴和轴和 y 轴方向上的位移轴方向上的位移是在有限范围内变动,所以椭圆轨道是在有限范围内变动,所以椭圆轨道不会超出不会超出 2A1 和和 2A2 为边的矩形范围为边的矩形范围椭圆的性质如长短轴的大小和方位,椭圆的性质如长短轴的大小和方位,由位相差确定由位相差确定探讨几种特殊状况探讨几种特殊状况2 =5/4 =3/2 =7/4 =0 =/2 =3/4Q =/4P .位相差位相差 取各种值的状况取各种值的状况3光是电磁波,
3、起光作用的是电场矢量,因此电场矢量又叫光是电磁波,起光作用的是电场矢量,因此电场矢量又叫光矢量,光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向相垂光矢量,光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向相垂直,所以电磁波是横波。直,所以电磁波是横波。在垂直于光传播方向的平面内,在垂直于光传播方向的平面内,光矢量可能有各种不同的振动方向,光矢量可能有各种不同的振动方向,通常把光矢量保持在特定振动方向上的状态通常把光矢量保持在特定振动方向上的状态 称为称为光的偏振态光的偏振态 1 光的偏振状态光的偏振状态一光的偏振态一光的偏振态依据偏振状态,光可分为以下五类:依据偏振状态,光可分为以下五类:自然光、线偏振光、部分偏
4、振光、椭圆偏振光、圆偏振光自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光4线偏振光线偏振光又称为平面偏振光又称为平面偏振光E播播传传方方向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偏振方向偏振方向光矢量只沿一个固定的方向振动光矢量只沿一个固定的方向振动线偏光的振动面(振动方向与传播方向确定的平面)线偏光的振动面(振动方向与传播方向确定的平面)是固定不动的。是固定不动的。表示:表示: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5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 6自然光自然光面对光的传播方向看面对光的传播方向看一般光
5、源中由大量原子或分子组成,一般光源中由大量原子或分子组成,一般光源发的光是由各个原子或分子发出的光波列组成,一般光源发的光是由各个原子或分子发出的光波列组成,这些光波列的振动方向彼此不相关,随机分布的。这些光波列的振动方向彼此不相关,随机分布的。在垂直于光传播方向的平面内,在垂直于光传播方向的平面内,沿各个方向振动的光矢量都有,平均说来,沿各个方向振动的光矢量都有,平均说来,光矢量具有轴对称性而且匀整分布,光矢量具有轴对称性而且匀整分布,各方向光振动的振幅相同,这种光称为自然光各方向光振动的振幅相同,这种光称为自然光,又叫非偏振光又叫非偏振光没有优势方向没有优势方向7一束自然光可分解为两束振动
6、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、等幅的、不相干(无固定位相关系)的线偏振光。等幅的、不相干(无固定位相关系)的线偏振光。自然光的分解自然光的分解自然光的表示法:自然光的表示法:短线和点分别表示在纸面内和垂直于纸面的光振动短线和点分别表示在纸面内和垂直于纸面的光振动点和短线交替匀整画出,表示光矢量对称而匀整分布,点和短线交替匀整画出,表示光矢量对称而匀整分布,8部分偏振光部分偏振光存在优势方向部分偏振光存在优势方向部分偏振光介于线偏光与自然光之间的偏振光介于线偏光与自然光之间的偏振光部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂
7、直的、不等幅的、不相干不相干(无固定位相关系)(无固定位相关系)的线偏振光的线偏振光。部分偏振光的表示法:部分偏振光的表示法:一般部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合一般部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合9圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光在垂直于光传播方向的平面内,在垂直于光传播方向的平面内,光矢量按确定频率旋转。光矢量按确定频率旋转。假如光矢量的大小不断变更,假如光矢量的大小不断变更,使其端点轨迹是一个椭圆使其端点轨迹是一个椭圆椭圆偏振光椭圆偏振光假如光矢量的大小不变,假如光矢量的大小不变,使其端点轨迹是一个圆使其端点轨迹是一个圆圆偏振光圆偏振光依据相互垂直的简谐振动的合成
8、规律,依据相互垂直的简谐振动的合成规律,圆偏振光和椭圆偏振光中光矢量的转动圆偏振光和椭圆偏振光中光矢量的转动都相当于两个相互垂直的振动的合成,因此,都相当于两个相互垂直的振动的合成,因此,圆偏振光和椭圆偏振光可看成两个相互垂直而圆偏振光和椭圆偏振光可看成两个相互垂直而有确定相差的线偏振光的合成。有确定相差的线偏振光的合成。y yx z传播方向传播方向 /2xE 010 2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验1.1.起偏和检偏起偏和检偏在试验室内怎样产生偏振光?在试验室内怎样产生偏振光?又如何检验光的偏振态呢?现在常用的方法是利用偏振片又如何检验光的偏振态呢?现在常用的方法是利用偏振片从自
9、然光获得偏振光的过程从自然光获得偏振光的过程 起偏器起偏器:产生产生起偏起偏的光学器件的光学器件 起偏:起偏:分析、检验光的偏振态的过程分析、检验光的偏振态的过程 检检偏:偏:现在常用的起偏和检偏的器件是偏振片现在常用的起偏和检偏的器件是偏振片11x yzz线栅起偏器线栅起偏器 电磁波电磁波(无无线线电波)电波)透振方向透振方向2.2.偏振片偏振片这种晶粒对某一方向的光矢量有猛烈的吸取这种晶粒对某一方向的光矢量有猛烈的吸取而相对垂直的方向的光矢量则吸取很少。而相对垂直的方向的光矢量则吸取很少。因此,偏振片只能透过某个方向的光矢量或光矢量振动沿因此,偏振片只能透过某个方向的光矢量或光矢量振动沿该
10、方向的重量,这个透光方向称为偏振片的偏振化方向该方向的重量,这个透光方向称为偏振片的偏振化方向好好用用的的光光学学线线栅栅称称为为“偏偏振振片片”,是是在在透透亮亮基基片片上上有有序序的的蒸蒸度度一一层层某某种种晶晶粒粒做做成成123.3.各种偏振态的光通过偏振片状况各种偏振态的光通过偏振片状况 自然光自然光 自然光通过偏振片为线偏光;自然光通过偏振片为线偏光;转动偏振片转动偏振片360光强不变更;光强不变更;线偏光线偏光 线偏光通过偏振片为线偏光;线偏光通过偏振片为线偏光;转动偏振片转动偏振片360光强有变更,光强有变更,有两次消光,两次最亮。有两次消光,两次最亮。短片短片133.3.各种偏
11、振态的光通过偏振片状况各种偏振态的光通过偏振片状况 部分偏振光部分偏振光 转动偏振片转动偏振片360光强有变更;无消光光强有变更;无消光 圆偏振光圆偏振光 转动偏振片转动偏振片360光强不变更;光强不变更;椭圆偏振光椭圆偏振光 转动偏振片转动偏振片360光强有变更;无消光光强有变更;无消光偏振片用来检验光的偏振状态时,叫检偏器偏振片用来检验光的偏振状态时,叫检偏器只用一个偏振片无法区分自然光与圆偏振光,只用一个偏振片无法区分自然光与圆偏振光,部分偏振光与椭圆偏振光部分偏振光与椭圆偏振光144.4.马吕斯定律马吕斯定律 自然光自然光 线偏光线偏光马吕斯定律马吕斯定律(1809)15消光消光马吕斯
12、定律马吕斯定律(1809)163 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振一反射光和折射光的偏振一反射光和折射光的偏振自然光在两种各向同性媒质分界面上反射和折射时,自然光在两种各向同性媒质分界面上反射和折射时,不仅光的传播方向要变更,而且偏振状态也要发生变更。不仅光的传播方向要变更,而且偏振状态也要发生变更。一般状况下,反射光和折射光一般状况下,反射光和折射光不再是自然光,而是部分偏振光不再是自然光,而是部分偏振光在反射光中垂直于入射面的在反射光中垂直于入射面的光振动多于平行入射面的光振动,光振动多于平行入射面的光振动,而在折射光中平行于入射面的而在折射光中平行于入射面的光振动多于垂直入射面的
13、光振动光振动多于垂直入射面的光振动17理论和试验证明:理论和试验证明:反射光的偏振化程度和入射角反射光的偏振化程度和入射角 i 有关有关当入射角等于某一特定值当入射角等于某一特定值 i0 时,时,反射光是光振动垂直入射面的线偏光,反射光是光振动垂直入射面的线偏光,这一特定角这一特定角 i0 称为称为起偏角起偏角或或布儒斯特角布儒斯特角留意:留意:折射光仍旧是折射光仍旧是部分偏振光部分偏振光18有有布儒斯特定律布儒斯特定律(1812年年)二布儒斯特定律二布儒斯特定律试验中还发觉试验中还发觉当当 时时,19留意:留意:折射光仍旧是折射光仍旧是部分偏振光部分偏振光所以反射光虽然是完所以反射光虽然是完
14、全偏振的,但光强较弱,而全偏振的,但光强较弱,而折射光是部分偏振的,光强折射光是部分偏振的,光强却较强却较强当入射角等于当入射角等于i0 入射光中平行于入射面的光入射光中平行于入射面的光振动全部被折射,而垂直入振动全部被折射,而垂直入射面的光振动也大部分被折射面的光振动也大部分被折射,而反射的仅是其中的一射,而反射的仅是其中的一部分。部分。20玻璃片堆玻璃片堆i0(接近线偏振光接近线偏振光)当自然光以起偏角入射时,反射光为线偏光但光强很弱;当自然光以起偏角入射时,反射光为线偏光但光强很弱;折射光仍为部分偏振光单光强较强。折射光仍为部分偏振光单光强较强。为了增加反射光的强度和折射光的偏振化程度,
15、接受为了增加反射光的强度和折射光的偏振化程度,接受214 双折射现象双折射现象一一.光的双折射现象光的双折射现象一束光射入各向异性媒质时,折射光分成两束的现象一束光射入各向异性媒质时,折射光分成两束的现象当晶体在垂直入射光的平面内转动时,当晶体在垂直入射光的平面内转动时,一束折射光传播方向保持不变,一束折射光传播方向保持不变,另一束折射光随着晶体转动传播方向变更。另一束折射光随着晶体转动传播方向变更。短片短片222.寻常光寻常光o,特别光,特别光e在上述试验中转动晶体,在上述试验中转动晶体,折射光传播方向不变的那束光称为寻常光折射光传播方向不变的那束光称为寻常光o;随着晶体转动传播方向变更的那
16、束光称为特别光随着晶体转动传播方向变更的那束光称为特别光e23 寻常光寻常光(o光光)遵从折射定律遵从折射定律;n1n2irore(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o光光e光光非寻常光非寻常光(e光光)e 光折射线也不确定在入射面内。所以不遵守折射定律。光折射线也不确定在入射面内。所以不遵守折射定律。oo光和光和ee光均为线偏振光。振动方向相互垂直光均为线偏振光。振动方向相互垂直24光的双折射现象源于晶体的各向异性,光的双折射现象源于晶体的各向异性,为了探讨偏振状况,下面介绍一些晶体的光学性质为了探讨偏振状况,下面介绍一些晶体的光学性质晶体多是各向异性的物质,双折射现象表明,晶体多是各向
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