《光的偏振》PPT课件.ppt

1,一、横波的偏振性,振动面：振动方向与波的传播方向构成的平面。,偏振: 在垂直于传播方向的平面内,振动方向的不对称性。,光矢量 振动面,24.1 光 的 偏 振,2,1、自然光,在垂直于传播方向的平面内，沿各方向振动的光矢量的分布各向均匀，振幅相等，称为自然光。,各方向的光振动之间无固定的相位关系。,面对光的传播方向观察,自然光的表示法,一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。,3,2、线偏振光（完全偏振光、平面偏振光）,在垂直于传播方向的平面内,光矢量始终沿某个确定的方向振动.,面对光的传播方向观察,(光振动平行板面),(光振动垂直板面),线偏振光的表示法.,4,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。,部分偏振光的表示法：,3、部分偏振光,可看作完全偏振光与自然光的混合. 在两个相互垂直的方向上振幅具有最大值和最小值(不消光).,5,四、圆偏振光和椭圆偏振光,垂直于光传播方向的任一截面内，光振动矢量为一旋转矢量，端点运动轨迹是一个圆。,6,椭圆偏振光由两束同向传播、振动方向相互垂直、振幅不等、具有恒定为项关系的线偏振光合成，根据旋转方向，可左旋和右旋。,端点运动轨迹是一个椭圆。,7,8,起偏的原理：某些材料在光学性质上的各向异性,利用介质吸收引起光的偏振。,起偏：从自然光获得偏振光。,起偏器: 起偏的光学器件。,一、起偏和检偏,24.2 起偏和检偏 马吕斯定律,二向色性：某些晶体对振动垂直的 两个分振动有不同 吸收的性质。,利用晶体的二向色性可以从自然光中获得线偏振光。,利用晶体的这种性质（二向色性）可以制作偏振片。,9,偏振片的起偏,自然光I0,线偏振光 I,偏振化方向 (透振方向),检偏：用偏振器件分析、检验光的偏振态,10,.起偏和检偏,自然光I0,线偏振光I,偏振化方向,线偏振光I,起偏器,检偏器,最亮,自然光I0,线偏振光I,自然光I0,线偏振光I,最暗,11,四、偏振片的应用,汽车夜间行车时为避免对方汽车灯光晃眼以保证行驶安全，可以在所有汽车的车窗玻璃和车灯前装上与水平方向成角，而且向同一方向倾斜的偏振片。,偏振片可用于制成太阳镜和照相机的滤光镜。观看立体电影的眼镜片是由两个偏振化方向互相垂直的偏振片组成。,12,关于偏振光通过检偏器后强度变化的定量规律。,偏振化方向, 消光,(1) 当,讨论,(2) 当,二、马吕斯定律,13,例1: 已知自然光通过两个偏振化方向相交60的偏振片，透射光强为I1，今在这两偏振片间再插入一与前两个偏振化方向均夹30角的偏振片，则透射光强为多少？,解：,14,例2： 一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一偏振片时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到五倍。求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？,解：,设入射光强度I0 = I10(自然光强度)+I20(线偏振光强度 ),通过偏振片后：,15,例3 用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们的偏振化方向成300角时，观测一光源，又在成600角时，观察同一位置处的另一光源，两次所得的强度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。,解：令I1和I2分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别为I1/2和I2 /2。根据马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为,但按题意,所以,即,16,例4.光强的调制。(教材P74 例24.1 偏振片组合) 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I0，试求由系统出射的光强是多少？,解: 通过M:,通过P:,通过N:,17,每旋转偏振片P一周，输出光强有“四明四零”。,t=450,1350,2250,3150时，输出光强为 。,t=00,900,1800,2700时，输出光强为零。,即:,18,一.反射和折射产生的偏振,自然光反射和折射后均为部分偏振光,二. 布儒斯特定律,线偏振光,ib 布儒斯特角或起偏振角.,当ib+=90o 时，反射光为线偏振光.,1. 定律,24.3 反射和折射时光的偏振,19,外腔式激光器谐振腔,应用举例,例如 n1 =1.00(空气)， n2 =1.50(玻璃)，则,20,用以增大反射光的强度和折射光的偏振化程度,当i =i0时，反射光强度I和入射光的强度I0 之比为,自然光从空气玻璃,玻璃片堆,2. 玻璃片堆起偏和检偏,21,玻璃片堆检偏,若反射光光强不变则入射光是自然光,若反射光光强变且有消光则入射光是线偏振光,若反射光光强变且无消光则入射光是部分偏振光,让待检光以布儒斯特角 入射到界面上，以入射线为轴旋转界面（保持 不变）,(接近线偏振光),22,例：已知某材料在空气中的布儒斯特角 求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率1.33），求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？,解：设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为1,放在水中，则对应有,所以：,该材料对水的相对折射率为1.2,23,由图可知,解:由布儒斯特定律,24,24.4 由散射引起的光的偏振,光的散射：光射到一个微粒或分子上，就会使其中的电子在光束内的电场矢量的作用下振动。振动中的电子会向其周围四面八方发射同频率的电磁波，即光。 这种现象叫光的散射。,光的散射也会引起光的偏振。分子中电子振动时发出的光是偏振的。,光振动的方向总垂直于光线的方向，并和电子振动方向在同一平面。但是，各方向的光的强度不同：垂直于电子振动方向最强，沿电子振动方向强度为零。,25,自然光沿X轴入射，引起电子在Y和Z方向的振动而发生光的散射。,沿Y轴看去，电子Z方向振动的光强零，而沿Y方向振动的光强最大，所以沿Z向看去，只有电子沿Y向振动的线偏振光。,同理，沿Y向看去，只有电子沿Z向振动的线偏振光。,26,方解石,一束光入射到各向异性的介质后出现两束折射光线的现象。,1. 双折射现象,2. 两束折射光的特性,(1)寻常光和非寻常光,o 光,e 光,一束折射光始终在入射面内，并遵从折射定律，称为寻常光，简称 o 光(ordinary rays),*24.5 光的双折射,27,另一束折射光一般不在折射面内，不遵从折射定律，称为非常光，简称e光 (extraordinary rays).,(2)两束折射光是光矢量振动方向不同的线偏振光.,(3)晶体的光轴,光轴,当光在晶体内沿一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,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,28,(4)单轴晶体的子波波阵面,光的双折射实质上是由于光在晶体中的传播速率与光的传播方向和光的偏振状态有关。,o光沿不同方向的传播速率相同，其波面是球面.,e光沿不同方向的传播速率不相同，其波面是以光轴为轴的旋转椭球面.,29,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,30,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,31,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,32,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,33,利用晶体的二向色性，可制作偏振片,获得线偏振光。,某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，这叫晶体的二向色性。,晶体的二向色性和偏振片,34,线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种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.,24.6 旋光现象,旋光物质光轴,35,1、