大学普通物理课件第24章-光的偏振.ppt

第24（10）章光的偏振,PolarizationofLight,本章主要内容,24-1光的偏振状态24-2线偏振光的获得与检验24-3反射和折射时光的偏振*24-4由散射引起的光的偏振24-5双折射现象*24-6椭圆偏振光和圆偏振光*24-7偏振光的干涉*24-8人工双折射*24-9旋光现象,第二十四章光的偏振,所谓偏振是指：光矢量总是与光的传播方向垂直的特性。事实上就是电磁波的横波性,光矢量总是处于振动态振动方向,光实质上是电磁波，电磁波都是横波。通常把光波中的电场强度称为光矢量。,对确定的传播方向，光矢量可能的方向并不唯一。,24-1光的偏振状态,PolarizationStatesofLight,偏振态光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布）,非偏振光自然光non-polarized/naturallight,在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定的相位关系。,各原子发出的波列是随机的(振动方向、初相、频率)，由于我们的观察时间一般比原子每次的发光时间（10-8）长得多。因此在观测时间内，实际接收到的是大量的波列，各方向都有，呈轴对称性。,普通光源发出的光都是非偏振光。,所有光矢量的强度在任意两个垂直的方向上的分量之和相等。即，自然光可用两个垂直的振幅相等的光振动（无相位关系）来表示。,完全偏振光,线偏振光linearlypolarizedlight,在垂直于传播方向的平面上，光矢量E只沿一个固定的方向振动,这种光叫线偏振光.,椭圆偏振光和圆偏振光,实际为相差为/2两垂直方向线偏振光的合成,椭圆偏振光:光矢量E在沿着光的传播方向前进的同时,还绕着传播方向均匀转动.如果光矢量的大小不断改变(不变),使其端点描绘出一个椭圆(圆).,部分偏振光partialpolarizedlight,自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见24-3,部分偏振光可视为自然光与线偏振光的叠加。,24-2线偏振光的获得与检验,ObtainmentandTestingofaLinearlyPolarizedLight,1.线偏振光的获得与检验,线偏振光的获得,自然光通过偏振片可以获得线偏振光。,偏振片用于获得线偏振光时称为起偏器。,二向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。,自然光I0,线偏振光I=I0/2,自然光I0,线偏振光I=I0/2,线偏振光II,偏振片能够吸收一个方向的光矢量而让另一个与其垂直的光矢量通过，从而获得线偏振光的器件。,偏振片用于检验偏振状态时称为检偏器。,线偏振光的检验,转动用于检验的偏振片观察透射光。当其偏振化方向与入射的线偏振光振动方向垂直时，透射光强为零，即出现消光现象。如果有消光，则表明入射光为线偏振光；否则，不是线偏振光。,如果入射检偏器的光是自然光或者部分偏振光，转动检偏器一周，透射光又如何？,P2旋转一周,光强出现两次最强,两次消光.,2.马吕斯定律,入射的线偏振光振动方向与检偏器P2的通光方向成任意角时，出射光的强度为多大？,设入射线偏振光(I0)光矢量的振幅为A0，通过P2的光矢量振幅为A。因检偏器只允许P2方向的光矢量振动分量通过，故有,例光强为I0的自然光通过通光方向相互垂直的两块偏振片。现将第三块偏振片插入此两偏振片之间，并令其通光方向与第一块偏振片的通光方向成角，求透过第二块偏振片P2的光强。,解：透过第一块偏振片的光强为,透过第三块偏振片的光强为,透过第二块偏振片的光强为,自然光可以用两个相互垂直的振幅相等的光振动(线偏振光)来表示.,24-3反射和折射时光的偏振,PolarizationofLightinReflectionandRefraction,实验表明：当自然光在两种各向同性的介质分界面上反射和折射时，反射光和折射光的偏振态将发生变化：,一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光。（湖光）,1812年实验中得到，称为Brewster定律。,的等价条件为：,反射光线垂直于折射光线，即。,光的电磁理论建立后，Brewster定律可以从该理论推导出来：设垂直于入射面的光矢量称为s光；平行于入射面的光矢量称为p光。理论上导出s光和p光的能量反射率分别为,当时，即反射光的p光强度为零，反射光只有s光，为线偏振光。折射光中也包含s光（因Rs1），故折射光为部分偏振光。,由一块玻璃片得到的线偏振光是很微弱的，为了获得足够强的线偏振光，应用玻璃片堆。,玻璃片堆,反射光和折射光的偏振性的应用：,海面上的强烈反射光是部分偏振光（垂直入射面的振动较强）或者线偏振光（振动方向垂直于入射面），这使得照相机所拍摄的景物不清楚，在镜头上加一个偏光镜（偏振片）来消除它。,（C）用偏光镜消除反射偏振光，使玻璃门内的人物清晰可见,（A）玻璃门表面的反光很强,（B）用偏光镜减弱反射偏振光,例1：一束自然光从空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布儒斯特角，则在界面2的反射光为（）,A)自然光B)线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面C)线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面D)部分偏振光,24-5双折射现象,BirefringencePhenomena,双折射的两条光线：一条服从折射定律，称为寻常光或o光；另一条不服从，称为非常光或e光。,双折射现象寻常光与非常光,ordinarylight,extraordinarylight,一般透明介质（晶体或非晶体）中的光速是各向同性的，光在这类介质的分界面上发生的折射服从折射定律：,然而，有许多晶体（如方解石、石英、云母、电气石、冰等）中的光速具各向异性。当自然光从空气入射到这类晶体的表面时，会产生两条折射光线。这种现象称为双折射现象。,查看,令方解石晶体绕光的入射方向旋转,返回,寻常光：在晶体中各个方向都具有相同的折射率（亦即沿各个方向的传播速度相同），且在入射面内传播。,非常光：在晶体中各个方向的折射率不同（亦即波速不同），并且不一定在入射面内传播。,以方解石（CaCO3）为例：,双折射晶体的各向异性特征,注：光轴代表的是某个方向，不是某一条直线。,voo光的光速。（各向同性）,vee光在垂直于光轴方向上的光速。（极大值或极小值）,在各向异性的介质中，寻常光沿各方向的传播速度相同，而非常光沿各方向的速度不同。,假想在晶体内有一子波波源O,从子波波源发出两组子波。o光的波阵面是球面，e光的是旋转椭球面。,正晶体与负晶体,o光的折射率为；,与ve相对应的e光的折射率为。称为主折射率。,寻常光和非常光的偏振态,主平面晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。,主平面入射面,光轴与o光的传播方向构成的平面叫o光主平面。,光轴与e光的传播方向构成的平面叫e光主平面。,e光,光轴,e光的主平面,o光,光轴,o光的主平面,光轴在入射面时,o光主平面和e光主平面重合,此时o光振动和e光振动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很小，故可认为o光振动和e光振动仍然相互垂直。,(o光振动垂直o光主平面),(e光振动在e光主平面内),利用Huygens作图法可