第12章-波动光学-5偏振xue.ppt

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1、12-5 12-5 光的偏振光的偏振 12-5-1 自然光与偏振光光是一种电磁波（横波）。电矢量光是一种电磁波（横波）。电矢量 与磁矢量与磁矢量 相相互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。光振动：光振动：电磁波的电磁波的 振动。振动。光矢量：光矢量：电磁波的电磁波的 矢量。矢量。偏振：偏振：光是横波，而横波对于传播方向的轴来说光是横波，而横波对于传播方向的轴来说 不具备对称性，这种不对称性就叫做偏振。不具备对称性，这种不对称性就叫做偏振。只有横波才具有偏振的性质。实际光波的横只有横波才具有偏振的性质。实际光波的横 波性表现得很复杂。波性表现得很复杂

2、。振动面：振动面：振动方向和传播方向决定的平面称为振振动方向和传播方向决定的平面称为振 动面。动面。一.一.线偏振光线偏振光 光的振动方向始终在一个平面内，且沿一个确定方向，光的振动方向始终在一个平面内，且沿一个确定方向，也称平面偏振光。也称平面偏振光。线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：.光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面垂直EEyEx yX 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Yvv二、自然光：二、自然光：二、自然光：二、自然光：在垂直于光传播方向的二维平面内，各个方向的光振在垂直于光传播方向

3、的二维平面内，各个方向的光振动出现的概率相同，称这种光为动出现的概率相同，称这种光为自然光自然光。原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发出的原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发出的光波列，它们的频率、初相位、振动面、传播方向及波光波列，它们的频率、初相位、振动面、传播方向及波列长度都可能不同。列长度都可能不同。自然光的表示法：自然光的表示法：.垂直图面射出的垂直图面射出的自自然光没有优势方向然光没有优势方向自然光的分解自然光的分解一一束束自自然然光光可可分分解解为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的、等等幅幅的的、不不相相干干的的线线偏偏振振光光。这这两两线线偏偏振振光光的的光

4、光强强等等于于自自然光光强的一半。然光光强的一半。结论：结论：自自然然光光可可以以看看成成是是两两个个振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的强度相等的线偏振光。强度相等的线偏振光。注意：注意：1.自然光中这两个相互垂直的线偏振光之间没有自然光中这两个相互垂直的线偏振光之间没有 固定的相位关系；固定的相位关系；2.自然光分解为两个相互垂直的成分是任意的，自然光分解为两个相互垂直的成分是任意的，也可以沿另外两个相互垂直的方向分解；也可以沿另外两个相互垂直的方向分解；3.自然光对于传播方向具有轴对称性。自然光对于传播方向具有轴对称性。三三.部分偏振光部分偏振光：介于介于线偏振光线偏振光和和自然光自然光

5、之间。不同之间。不同 方向振幅不同。方向振幅不同。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分分解解为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的、不不等等幅幅的、的、不相干不相干的线偏振光。的线偏振光。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部分偏振光表示法：部分偏振光表示法：部分偏振光表示法：部分偏振光表示法：四四.圆偏振光和椭圆偏振光：圆偏振光和椭圆偏振光：略略 偏振片偏振片偏振片偏振片：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，而：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过，这个方向称为只让

6、与这个方向垂直的光振动通过，这个方向称为偏振化偏振化方向方向。称这些薄膜为偏振片。称这些薄膜为偏振片。偏偏偏偏振振振振化化化化方方方方向向向向 自然光通过偏振片后变自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为为线偏振光，称为起偏起偏起偏起偏。自自然然光光线线偏偏振振光光偏振片偏振片 偏振片又可用来检验光线偏振片又可用来检验光线的偏振化程度，称为的偏振化程度，称为检偏检偏检偏检偏。一、起偏与检偏一、起偏与检偏12-5-2 12-5-2 偏振片偏振片 马吕斯定律马吕斯定律.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化.起偏器起

7、偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光通过旋转

8、的检偏器光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化.起偏器检偏器自然光线偏振光两偏振片的偏振化方向相互垂直时光强为零线偏振光通过旋转的检偏器光强发生变化.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光自然光.检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变I?P待检光待检光问题：问题：I不变，是什么光？不变，是什么光？I变，有消光，变，有消光，是什么光？是什么光？检偏器检偏器I I变，变，没没有消光，是什么光？有消光，是什么

9、光？光强为光强为 I1 的的线线偏振光，透过偏振片后，其透射强度为：偏振光，透过偏振片后，其透射强度为：二二.马吕斯定律：马吕斯定律：1.当旋转检偏器一周时，会出现两次当旋转检偏器一周时，会出现两次全明全明和两次和两次全暗全暗。2.此定律只适用于没有光吸收此定律只适用于没有光吸收和和反射反射的理想偏振片。的理想偏振片。结论结论：例题例题.若自然光的光强为若自然光的光强为，让它通过两个偏振化方，让它通过两个偏振化方向夹角为向夹角为60度的偏振片，求透过第二个偏振片的光度的偏振片，求透过第二个偏振片的光强。强。例题例题.一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它通过一偏振片，一束光是自然光和线偏振光的

10、混合光，让它通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的是最小值的5倍，那么入射光束中，自然光与线偏振光的倍，那么入射光束中，自然光与线偏振光的光强之比是多少？光强之比是多少？入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分之几？入射光强度的几分之几？解：设自然光光强度为解：设自然光光强度为 I1,线偏振光光强度为线偏振光光强度为 I2,则由题知：则由题知：设设入射光强度入射光强度I0 例题例题.如图所示的双缝实验中，若用单色自然光照射狭缝，如图所示的双缝实验中，若用单色自然光照

11、射狭缝，在屏幕上能得到干涉条纹，若在和的前面分别加一相同在屏幕上能得到干涉条纹，若在和的前面分别加一相同的偏振片和。当的偏振片和。当 和的偏振化方向相互平行或和的偏振化方向相互平行或垂直时，在屏上能否得到清晰的干涉条纹？垂直时，在屏上能否得到清晰的干涉条纹？屏幕屏幕答案：能，否答案：能，否 .in1n2r以任意角度入射以任意角度入射 以任意角度入射时，以任意角度入射时，反射光和折射光都为反射光和折射光都为部分偏振光。部分偏振光。实验和理论都表明：实验和理论都表明：反射光中垂直于入反射光中垂直于入射面振动的光的强度射面振动的光的强度比较大，折射光中在比较大，折射光中在入射面内振动的光的入射面内振

12、动的光的强度比较大。强度比较大。12-5-3 12-5-3 反射光、折射光的偏振性反射光、折射光的偏振性 以布儒斯特角入射以布儒斯特角入射时，反射光为线偏振时，反射光为线偏振光，折射光为部分偏光，折射光为部分偏振光。并且：振光。并且：.i0i0n1n2900r以布儒斯特角入射以布儒斯特角入射90r0+=i0nsinisinr1n20=n21tg isinisinr0=sinisin0()90i00=0由折射定律：由折射定律：布儒斯特定律：布儒斯特定律：当自然光以布儒斯特角入射到两不同介质的表面时，当自然光以布儒斯特角入射到两不同介质的表面时，其反射光为线偏振光，光振动垂直于入射面。其反射光为线

13、偏振光，光振动垂直于入射面。布儒斯特角：布儒斯特角：=i0560例：例：玻璃对空气的折射率为：玻璃对空气的折射率为：=n211.50tgi=01.50.利用玻璃堆获得偏振光利用玻璃堆获得偏振光线偏振光线偏振光布儒斯特角布儒斯特角自然光自然光 入射入射例题例题1.如果从池中静水如果从池中静水(n=1.33)的表面反射出来的太阳的表面反射出来的太阳光是完全偏振的，那么，太阳的仰角大致是多少？在这光是完全偏振的，那么，太阳的仰角大致是多少？在这反射光中，电场强度的振动方向应反射光中，电场强度的振动方向应垂直垂直 入射面入射面。例题例题2.试述关于光的偏振的布儒斯特定律试述关于光的偏振的布儒斯特定律答

14、案：答案：当入射角等于某特定值当入射角等于某特定值 时，时，反射光成为线偏振光，其光矢量的振动方向垂直入射反射光成为线偏振光，其光矢量的振动方向垂直入射面。面。例题例题3.如果一束光垂直入射在偏振片上，以入射线为轴转动如果一束光垂直入射在偏振片上，以入射线为轴转动，观察光强的变化过程。当入射光是，观察光强的变化过程。当入射光是自然光或圆偏振自然光或圆偏振光光时，则光强不变，当入射光时，则光强不变，当入射光 为线为线 偏振光时偏振光时，则观察，则观察到明暗交替变化，且有时出现全暗，到明暗交替变化，且有时出现全暗，若入射光是部分偏若入射光是部分偏振光或椭圆振光或椭圆 偏振光偏振光，则光强度变化，但无消光现象。，则光强度变化，但无消光现象。