第7章-波动光学(偏振)课件.ppt

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1、1第第 7 章章波波 动动 光光 学学27.4.1 自然光与偏振光自然光与偏振光1.线偏振光线偏振光7.4 光的偏振光的偏振 EHzxy光矢量只在一个固定平面内光矢量只在一个固定平面内沿单一方向振动的光叫沿单一方向振动的光叫线偏线偏振光，或平面偏振光。振光，或平面偏振光。Ezxy光振动平行纸面光振动平行纸面线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光振动垂直纸面光振动垂直纸面3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Ex,Ey的大小的大小依赖于依赖于 x,y 方向的选取。方向的选取。线偏振光可以看成线偏振光可以看成两个相互垂直的同频率的简两个相互垂直的同频率的简谐光振动的

2、合成，它们的相位差是谐光振动的合成，它们的相位差是光的偏振性说明了光的偏振性说明了:光是横波。光是横波。EEyEx yx 42.自然光自然光光源上一个原子一次发出的是一个线偏振光光源上一个原子一次发出的是一个线偏振光波列，持续时间约波列，持续时间约10-8秒。秒。各原子是独立地、随机地发光的；光矢量振幅各原子是独立地、随机地发光的；光矢量振幅的大小、振动方向、初位相等等也是随机的。的大小、振动方向、初位相等等也是随机的。在我们观察的时间在我们观察的时间 t 内，在垂直于其传播方向内，在垂直于其传播方向的平面内，光矢量的平面内，光矢量在哪个方向都不占优势，在哪个方向都不占优势，没有没有偏振性，偏

3、振性，它们对其传播方向形成轴对称分布。它们对其传播方向形成轴对称分布。这种大量振幅相同、这种大量振幅相同、各种振动方向都有、各种振动方向都有、彼此没有固定相位关系的彼此没有固定相位关系的光矢量的组合叫光矢量的组合叫自然光。自然光。说明没有优势方向说明没有优势方向563.部分偏振光部分偏振光完全偏振光和自然光是两种极端情形，介于二者完全偏振光和自然光是两种极端情形，介于二者之间的一般情形称为之间的一般情形称为部分偏振光。部分偏振光。部分偏振光可以看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光可以看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：垂直纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强y

4、xz在纸面内的光振动较强在纸面内的光振动较强77.4.2 起偏起偏 检偏检偏 马吕斯定律马吕斯定律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,如如 （1 1）物质的二向色性，）物质的二向色性，（2 2）散射，）散射，（3 3）反射和折射，）反射和折射，（4 4）双折射）双折射 .由自然光获得偏振光叫由自然光获得偏振光叫“起偏起偏”，相应的，相应的光学器件叫光学器件叫“起偏器起偏器”。1.起偏起偏81928年年,一位一位19岁的美国大学生岁的美国大学生（E.H.Land）发明了一种发明了一种由自然光获得线偏振光的平面片状器件，由自然光获得线偏振光的平面片状器件，称为称为偏

5、振片偏振片，通常用，通常用 P 表示。表示。偏振片对某一方向的光振动有强烈吸收偏振片对某一方向的光振动有强烈吸收实验告诉我们，自然光用偏振片起偏实验告诉我们，自然光用偏振片起偏,在忽略偏振片的吸收的情况下，在忽略偏振片的吸收的情况下，出射光强出射光强PI0I0/2光能够通过的方向称为光能够通过的方向称为起偏方向起偏方向9103.3.检偏检偏用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称检偏。检偏。偏振片既可偏振片既可“起偏起偏”又可又可“检偏检偏”。设入射光可能是自然光、线偏振光设入射光可能是自然光、线偏振光或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？或部分偏振光，如何用偏

6、振片来区分它们？以光线为轴转动以光线为轴转动P:I 不变不变？I 变，有消光变，有消光？I 变，无消光变，无消光？自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光I?P待检光待检光11实验表明实验表明:自然光在媒质表面反射、折射时，自然光在媒质表面反射、折射时，也出现光的偏振现象。也出现光的偏振现象。反射光中垂直入射面的反射光中垂直入射面的分量比例大；分量比例大；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。发现反射光中只有垂直入射面的分量。发现反射光中只有垂直入射面的分量。当入射角与折射角之和为当入射角与折射角之和为 i0+r0=90=90O O 时，时，n1n

7、2i ir折射光中平行入射面的折射光中平行入射面的分量比例大。分量比例大。7.4.3 反射和折射时的偏振反射和折射时的偏振 1213要提高反射线偏振光的强度，要提高反射线偏振光的强度，可利用可利用玻璃片堆玻璃片堆的多次反射。的多次反射。(透射光接近完全线偏振光透射光接近完全线偏振光 强度几乎强度几乎50%)(反射光是完全线偏振光反射光是完全线偏振光 强度几乎强度几乎50%)i0玻璃玻璃片堆片堆空气空气玻璃玻璃 玻璃玻璃空气空气 14153.外腔式激光管加装布儒斯特窗外腔式激光管加装布儒斯特窗 可减少反射损失。可减少反射损失。假如封闭管子两端的玻璃窗口是垂直于管轴线假如封闭管子两端的玻璃窗口是垂直于管轴线的玻璃片，由于自然光每经过一个窗口表面就的玻璃片，由于自然光每经过一个窗口表面就有大约有大约4%的反射损失的反射损失(96%透入透入)，光在，光在M1 M2之间每个单程要之间每个单程要4次穿过窗口表面，这样，光来次穿过窗口表面，这样，光来回反射多次时，反射损耗太大就不能形成激光。回反射多次时，反射损耗太大就不能形成激光。i0i0激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0i0加装布儒斯特窗加装布儒斯特窗 可保留将近可保留将近50%光强。光强。