第三章光的偏振 精选文档.ppt

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1、第三章 光的偏振 本讲稿第一页，共三十八页一一.非偏振光非偏振光(自然光自然光)没有优势方向没有优势方向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：1 1 光的偏振状态光的偏振状态在垂直于其传播方向的平面内在垂直于其传播方向的平面内每一个光矢量每一个光矢量都可以分解为都可以分解为x x、y y 方向分量方向分量注意：以上两相互垂直的分振动无固定相位关系注意：以上两相互垂直的分振动无固定相位关系本讲稿第二页，共三十八页1 1、线偏振光、线偏振光E播播传传方方向向振振动动面面线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：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垂直光的传播方向的垂

2、直光的传播方向的平面内平面内二二.完全偏振光完全偏振光EEyEx yx 本讲稿第三页，共三十八页右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光2.2.圆偏振光圆偏振光,椭圆偏振光椭圆偏振光三三.部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光某某一一方方向向振振动动强于其他方向强于其他方向部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行纸面的光振动较强平行纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强 部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光可看成是自然光和线偏部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合振光的混合本讲稿第四页，共三十八页2 2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验一一起

3、偏起偏 起偏：起偏：从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光 起偏器起偏器:起偏的光学器件起偏的光学器件自然光自然光I0线偏振光线偏振光 IP偏振化方向偏振化方向(透振方向透振方向)偏振片的起偏偏振片的起偏:本讲稿第五页，共三十八页形象说明偏振形象说明偏振片的原理片的原理通光方向通光方向腰横别扁担进不了城门腰横别扁担进不了城门本讲稿第六页，共三十八页二二.马吕斯定律马吕斯定律(线偏振光入射偏振片线偏振光入射偏振片)I0IPP E0 E=E0cos 马吕斯定律马吕斯定律（18091809）消光消光三三.检偏检偏用偏振器件用偏振器件分析、检验分析、检验光的偏振态光的偏振态旋转一周旋转一周2 2明明2

4、2暗暗自然光自然光部分偏振光部分偏振光?本讲稿第七页，共三十八页例例1.三三个个偏偏振振片片 P1、P2与与P3 堆堆叠叠在在一一起起，P1 与与 P3 的的偏偏振振化化方方向向相相互互垂垂直直，P2 与与 P1 的的偏偏振振化化方方向向间间的的夹夹角角为为 3030 。强强度度为为 I0 的的自自然然光光垂垂直直入入射射到到偏偏振振片片 P1，并并依依次次透透过过偏偏振振片片 P1、P2 与与 P3，若若不不考考虑虑偏偏振振片片的的吸吸收收和和反反射射，则则通通过过三个偏振片后的光强为：三个偏振片后的光强为：（A）（B）（C）（D）C本讲稿第八页，共三十八页例例2.2.有三个偏振片堆叠在一起

5、，第一块与第三有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度的角速度 w w绕光传播的方向顺时针旋转，如图绕光传播的方向顺时针旋转，如图所示。设入射自然光的光强为所示。设入射自然光的光强为I I。通过这一系统。通过这一系统后，出射光的光强为何？后，出射光的光强为何？本讲稿第九页，共三十八页本讲稿第十页，共三十八页例例3.3.一一束束光光是是自自然然光光和和线线偏偏振振光光的的混混合合光光，让让它它们们垂垂直直通通过过一一偏偏振振片

6、片，若若以以此此入入射射光光束束为为轴轴旋旋转转偏偏振振片片，测测得得透透射射光光强强度度最最大大值值是是最最小小值值的的 55倍倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为：那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为：A (A)1/2;(B)1/5;(C)1/3;(D)2/3.本讲稿第十一页，共三十八页3 3 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振一一.反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振i0 0:起起偏偏角角或或布布儒斯角儒斯角i0+r0=90O 布儒斯特定律布儒斯特定律n1n2i ir自然光反射和折射自然光反射和折射后产生部分偏振光后产生部分偏振光n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光

7、起偏振角起偏振角本讲稿第十二页，共三十八页若若 n n1 1 =1.00(=1.00(空气空气)，n n2 2=1.50(=1.50(玻璃玻璃)，则：，则：二二.玻璃片堆起偏玻璃片堆起偏i0 玻璃片堆玻璃片堆(线偏振光线偏振光)(接近线偏振光接近线偏振光)互余互余本讲稿第十三页，共三十八页例例.如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上，已知如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上，已知其上表面的反射光线其上表面的反射光线1 1为完全偏振光。设玻璃板两侧为完全偏振光。设玻璃板两侧都是空气，标明各反射、折射光线的偏振情况。都是空气，标明各反射、折射光线的偏振情况。nn0n012本讲稿第十四页，共三十八页例

8、例.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态画请将下列各图中反射光及折射光的偏振态画出来。图中出来。图中i i0 0=tg=tg-1 1 n n2 2n n1 1 ii ii0 0 本讲稿第十五页，共三十八页 典典例例将将一一介介质质平平板板放放在在水水中中，板板面面与与水水平平面面的的夹夹角角为为如如图图所所示示，已已知知折折射射率率n n水水=1.3331.333，n n介介质质=1.6811.681，现欲使水面和介质面反射光均为线偏振光，求，现欲使水面和介质面反射光均为线偏振光，求=?=?本讲稿第十六页，共三十八页偏振片的应用偏振片的应用v眼镜眼镜、车灯、偏光镜头、车灯、偏光镜头、立体电影立

9、体电影声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振片声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振片制作消音装置？为什么？制作消音装置？为什么？本讲稿第十七页，共三十八页例：立体电影例：立体电影本讲稿第十八页，共三十八页(1)(1)如何测量不透明介质的折射率？如何测量不透明介质的折射率？思考：思考：(2)(2)在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去掉反射光的干扰？掉反射光的干扰？拍摄橱窗时拍摄橱窗时 未加偏振片未加偏振片 拍摄橱窗时拍摄橱窗时 已加偏振片已加偏振片 本讲稿第十九页，共三十八页 拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片去拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片去掉反射光的干扰掉反射光

10、的干扰 本讲稿第二十页，共三十八页1.1.自然光以自然光以 60 60 的入射角照射到某一透明介质表面的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知：时，反射光为线偏振光，则知：B （A A）折射光为线偏振光）折射光为线偏振光 30 30 ；（B B）折射光为部分偏振光，折射角为）折射光为部分偏振光，折射角为30 30 ；（C C）折射光为线偏振光，折射角不能确定；）折射光为线偏振光，折射角不能确定；（D D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；本讲稿第二十一页，共三十八页2.2.一束自然光自空气射向一块一束自然光自空气射向一块平板玻璃平板玻璃(

11、如图如图)，设入射角等，设入射角等于布儒斯特角于布儒斯特角i i0 0，则在界面，则在界面 2 2 的反射光的反射光 B （A A）光强为零；）光强为零；（B B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；入射面；（C C）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；射面；（D D）是部分偏振光。）是部分偏振光。本讲稿第二十二页，共三十八页3.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动180 时透射

12、光强度发生的变化为时透射光强度发生的变化为:B （A A）光强单调增加；）光强单调增加；（B B）光强先增加，后又减小至零；）光强先增加，后又减小至零；（C C）光强先增加，后减小，再增加；）光强先增加，后减小，再增加；（D D）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。本讲稿第二十三页，共三十八页4.4.一束光强为一束光强为 I I0 0 的自然光垂直穿过两个偏振的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成片，且此两偏振片的偏振化方向成 45 45 角，角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振

13、片后的光强为：后的光强为：B （A）（B）（C）（D）本讲稿第二十四页，共三十八页5.5.使一光强为使一光强为I I0 0的线偏振光先后通过两个偏振片的线偏振光先后通过两个偏振片P P1 1和和P P2 2.P.P1 1和和P P2 2的偏振化方向与原入射光光矢量振的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是动方向的夹角分别是a a 和和9090 则通过这两个偏振片则通过这两个偏振片后的光强后的光强I I是是:C (B)0.(A)(C)(D)(E)本讲稿第二十五页，共三十八页6.如图，如图，P1、P2为偏振化方向间夹角为为偏振化方向间夹角为a a的两个偏振片。的两个偏振片。光强为光强为I0

14、的平行自然光垂直入射到的平行自然光垂直入射到P1表面上，则通过表面上，则通过P2的光强的光强I=。若在若在P1、P2之间插入第三个偏振片之间插入第三个偏振片P3，则通过，则通过P2的光的光强发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转强发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转P2，使，使其偏振化方向旋转一角度其偏振化方向旋转一角度q q后，发生消光现象，从而可后，发生消光现象，从而可以推算出的以推算出的P3偏振化方向与偏振化方向与P1的偏振化方向之间的夹的偏振化方向之间的夹角角a a=。（假设题中所涉及的角均为锐角，。（假设题中所涉及的角均为锐角，且设且设a a a a）II0P1P3P2本讲稿第二十六页

15、，共三十八页7.7.自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是反射光是（A A）在入射面内振动的完全偏振光。）在入射面内振动的完全偏振光。（B B）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。（C C）垂直于入射面振动的完全偏振光。）垂直于入射面振动的完全偏振光。（D D）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光.C 本讲稿第二十七页，共三十八页8.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振偏振

16、片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度速度 w 绕光传播的方向旋转，如图所示。设入绕光传播的方向旋转，如图所示。设入射自然光的光强为。试证明：此自然光通过这一射自然光的光强为。试证明：此自然光通过这一系统后，出射光的光强为系统后，出射光的光强为本讲稿第二十八页，共三十八页外腔式激光管外腔式激光管加装加装布儒斯特窗，布儒斯特窗，可使可使 出射光为线偏振光出射光为线偏振光 外腔式激光器的布儒斯特窗外腔式激光器的布儒斯特窗 i0i0激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0i0本讲稿第二十九页，共三十八页象

17、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 双折射现象双折射现象本讲稿第三十页，共三十八页4 4 光在晶体中的双折射（光在晶体中的双折射（了解了解）方解石方解石oee o一一.双折射的概念双折射的概念1.1.双折射双折射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2.2.寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光o o光光:遵从折射定律遵从折射定律e e光光:一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律e e光折射线一般不在入射面内。光折射线一般不在入射面内。o o光和光和e e光光都是线偏振光都是线偏振光双折射的本质是双折射的本质是o光和光和e光的折射率不同

18、，传播速度不同光的折射率不同，传播速度不同o o光在入光在入射面内射面内本讲稿第三十一页，共三十八页光光光光双双折折射射纸面纸面令方解石晶体绕光线旋转令方解石晶体绕光线旋转本讲稿第三十二页，共三十八页光光光光双双折折射射纸面纸面本讲稿第三十三页，共三十八页光光 光光双双折折射射纸面纸面本讲稿第三十四页，共三十八页光光光光双双折折射射纸面纸面本讲稿第三十五页，共三十八页3.3.晶体的光轴晶体的光轴当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时不不发发生生双双折射，折射，该方向称为晶体的该方向称为晶体的光轴。光轴。例如，方解石晶体例如，方解石晶体(冰洲石冰洲石)AB光轴光轴102

19、 光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向,凡凡平平行于此方向的直线均为光轴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：有两个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体单轴晶体单轴晶体方解石，石英，红宝石方解石，石英，红宝石云母，硫磺，蓝宝石云母，硫磺，蓝宝石本讲稿第三十六页，共三十八页vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo to光光:e光光:n00，ne称为晶体的主折射率称为晶体的主折射率 根据根据n00，ne的关系可分为正、负晶体的关系可分为正、负晶体4.4.光在单轴晶体内的波面光在单轴晶体内的波面 正晶体正晶体:ne no，如石英如石英负晶体负晶体:ne no，如方解石如方解石本讲稿第三十七页，共三十八页5.5.单轴晶体的主平面单轴晶体的主平面主平面主平面：单轴晶体中光的传播方向与晶体光轴：单轴晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。构成的平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面振动方向振动方向主平面主平面振动方向振动方向主平面主平面只有光轴在入射面内时，只有光轴在入射面内时，o o、e e光的主平面以及入射面重合光的主平面以及入射面重合在一起在一起本讲稿第三十八页，共三十八页