光的偏振.ppt

1,第24章光的偏振,2,机械横波与纵波的区别,机械波穿过狭缝,3,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,4,表示法:可用两个相互独立而且垂直的振幅相等的光振动表示,24.1光的偏振状态,一、非偏振光(自然光),特点:在垂直于其传播方向的平面内光矢量各向均匀,无占优方向,5,二.完全偏振光,特点:在垂直于其传播方向的平面内,光矢量只沿一个固定方向振动,振动面:光矢量和光的传播方向构成的平面,(1)线偏振光:,6,(2)椭圆(圆)偏振光:,圆偏振光:光矢量绕着传播方向均匀转动，端点轨迹为圆,椭圆或圆偏振光可以看成是两个相互垂直而有一定相差的线偏振光的合成,椭圆偏振光:光矢量绕着传播方向均匀转动，端点轨迹为椭圆,7,说明：自然光实际上可分解成两个强度相等、振动方向正交但相位各自随机变化的线偏振光,各光矢量间无固定的相位关系.,二互相垂直方向是任选的.,8,三、部分偏振光,特点:介于完全偏振光与自然光之间，有占优方向,偏振度,注意：Imax、Imin的方向必须相互垂直。,线偏振光：Imin=0，P=1；自然光：Imax=Imin，P=0；部分偏振光：0P1。,9,24.2线偏振光的获得与检验,一、偏振片,二向色性:某些物质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,这种性质称二向色性.,偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片,偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向.,10,起偏器：产生线偏振光,检偏器：检验线偏振光,偏振片的用途：“起偏”和“检偏”,11,二、马吕斯定律,线偏振光通过检偏器的强度:,消光,12,例24.1在两块正交的偏振片P1，P3之间插入另一块偏振片P2，光强为I0的一束自然光垂直入射于偏振片P1、求转动P2时透过P3的光强是与转角之间的关系？,13,14,15,若在间变化，如何变化？,16,补充例题有两个偏振片,一个用作起偏器,一个用作检偏器当它们偏振化方向间的夹角为时,一束单色自然光穿过它们,出射光强为；当它们偏振化方向间的夹角为时，另一束单色自然光穿过它们,出射光强为,且.求两束单色自然光的强度之比.,17,解设两束单色自然光的强度分别为I10和I20.,经过起偏器后光强分别为和,经过检偏器后,18,在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄物体的反光消失时，既可以停止转动镜面。,三.偏振片的应用,（1）在摄影镜头前加上偏振镜消除反光,19,照相机安上偏振镜可以产生不同的效果，看出来了吗？,20,拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片去掉反射光的干扰,21,（2）司机镜,驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。,22,在所有汽车前窗玻璃和大灯前也都装上特定的偏振片,可以避免汽车会车时灯光的晃眼,23,由于蓝天中存在大量的偏振光，所以用偏振镜能够调节天空的亮度，加用偏振镜以后，蓝天变的很暗，突出了蓝天中的白云。偏振镜是灰色的，所以在黑白和彩色摄影中均可以使用。,（3）摄影时控制天空亮度，使蓝天变暗,24,（4）使用偏振镜看立体电影,25,入射面入射光线和法线所成的平面.,反射光部分偏振光，垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动.,折射光部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动.,理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关.,一、反射和折射产生的偏振现象,24.3反射和折射时光的偏振,26,反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光,当时，,二、布儒斯特定律（1812）,1）反射光和折射光互相垂直.,27,2）根据光的可逆性，当入射光以角从介质入射于界面时，此角即为布儒斯特角.,28,讨论光线的反射和折射(起偏角),29,如图的装置为偏振片，问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？,30,无（两振动互相垂直）,(1)去掉保留,(2)去掉保留,(3)去掉保留,(4)都保留,无（两振动互相垂直）,无（无恒定相位差）,有,31,对于一般的光学玻璃,反射光的强度约占入射光强度的7.5%,大部分光将透过玻璃.,（1）用玻璃片堆起偏得到两束线偏振光,三、应用,32,（2）布儒斯特窗,外腔式激光管加装布儒斯特窗，可使出射光为线偏振光，并减少反射损失,33,24.4由散射引起的光的偏振,一、瑞利散射,微粒或分子中的电子在入射光的作用下振动并向各个方向发射同频率的电磁波,但各方向上光强不同,白杠的长短代表振幅,34,二.太阳光的散射,沿电子振动的方向，散射光为线偏振光,35,天空为什么呈现蓝色呢？为什么正午的太阳基本上呈白色，而旭日和夕阳却呈红色？,思考:,散射光的强度与入射光波长的四次方成反比。,瑞利散射定律：,波长越短的光受到的散射越厉害。,结论：,夕阳无限好,38,24.5双折射现象,一、晶体中光的双折射现象,一束光射入各向异性介质后，出现两束折射光线的现象,39,光通过双折射晶体,40,寻常光线和非常光线,另一条光一般不遵从折射定律，称非常光线，简称e光,e光不一定在入射面内,两折射光线中有一条始终遵从折射定律，称为寻常光线，简称o光,41,实验证明：O光和e光均为偏振光.,o光在各个方向上的折射率以及传播速度都相同,e光在各个方向上的折射率以及传播速度不相同,42,(2)光轴,光在晶体内沿某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,方解石(冰洲石)石英quartz,云母mica蓝宝石sapphire,43,方解石晶体,是碳酸钙(CaCO3)的一种结晶体,44,(3)主平面,光的传播方向与晶体光轴构成的平面,光轴与o光构成的平面叫o光主平面,o光的光振动方向垂直于主平面,光轴与e光构成的平面叫e光主平面,e光的光振动方向在主平面内,光轴在入射面时，o光和e光的主平面重合,45,光轴在入射面时，o光和e光的主平面重合,O光的振动垂直主平面；e光的振动平行于主平面.,46,晶体对e光的主折射率：,晶体对o光的主折射率：,(4)正晶体与负晶体,o光:,e光:,47,正晶体,方解石电气石等,按ve与vo关系不同将晶体分为正负两种,负晶体,石英冰,正晶体,负晶体,48,由惠更斯原理解释双折射现象：,o,e,o,e,二、产生双折射现象的原因,49,o光,e光,晶体,A）光轴与晶体表面有一夹角（斜入射）,50,B）光轴与晶体表面有一夹角（正入射）,自然光,51,自然光,o光,e光,光轴,（负晶体）,C）光轴与晶体表面垂直（正入射）,52,（负晶体）,D）光轴与晶体表面平行（正入射）,自然光,o光,e光,Oe二光通过厚度d的光程差：,53,1格兰汤姆逊棱镜,偏振棱镜,三、双折射的应用,54,光,2尼克尔棱镜,55,3渥拉斯顿棱镜,56,4用二向色性获得偏振光:,寻常光线被全部吸收掉了,有些晶体如电气石，吸收寻常光的本领特别强,57,*24.6椭圆偏振光和圆偏振光,一、椭圆偏振光的产生,光轴,两束振动方向相互垂直而相差一定的光互相叠加形成椭圆偏振光,58,二、晶片,四分之一波片:,相应的光程差为四分之一波长,则形成正椭圆偏振光,注意:,四分之一波片是对特定波长而言的,选择适当的晶体厚度使得相差为,如果使,则通过晶片后为圆偏振光,59,二分之一波片:,相应的光程差为二分之一波长,则通过后仍为线偏振光,但其振动面旋转了,选择适当的晶体厚度使得相差为,选择,可使线偏振光振动面旋转,60,椭圆偏振光(圆偏振光)与部分偏振光(自然光)的区别:前者的两个互相垂直的分振动有确定相位差,后者则无,三、椭圆偏振光的检验,61,*24.7偏振光的干涉,一、实验装置,偏振片,通常正交,在产生椭圆偏振光的实验装置中加上只有沿偏振化方向的振动才能通过,这样就得到了两束相干的偏振光,62,C:晶片光轴方向,:两正交偏振片的偏振化方向,两相干偏振光总的相差为:,第二项是通过产生的附加相差,二、偏振光干涉的分析,63,当,干涉加强,当,干涉减弱,注意:,如果晶片厚度均匀,则用单色自然光入射时后面视场中各处干涉情况相同;当厚度不均匀时,则视场中将出现干涉条纹,64,石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）,65,晶片确定厚度确定白光入射,若厚度不均匀会出现彩色条纹,由于某种波长干涉相消而呈现它的互补色这种现象叫（显）色偏振如红色（656.2nm）相消出现绿色（492.1nm）蓝色（485.4nm）相消出现黄色（585.3nm）,66,当白光入射时,因各种波长的光干涉加强和减弱的情况不同,所以晶片厚度一定时视场将出现一定的色彩,这种现象称为色偏振,色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法用显微镜观察各种材料在白光下的色偏振可以分析物质内部的某些结构偏光显微术,67,硫代硫酸钠晶片的色偏振图片,68,利用偏振光干涉看到的结冰过程,69,利用偏振光干涉看到的结冰过程,70,利用偏振光干涉看到的结冰过程,71,利用偏振光干涉看到的结冰过程,72,利用偏振光干涉看到的结冰过程,73,利用偏振光干涉看到的结冰过程,74,利用偏振光干涉看到的结冰过程,75,利用偏振光干涉看到的结冰过程,76,利用偏振光干涉看到的结冰过程,77,利用偏振光干涉看到的结冰过程,78,利用偏振光干涉看到的结冰过程,79,利用偏振光干涉看到的结冰过程,80,利用偏振光干涉看到的结冰过程,81,利用偏振光干涉看到的结冰过程,82,利用偏振光干涉看到的结冰过程,83,利用偏振光干涉看到的结冰过程,84,利用偏振光干涉看到的结冰过程,演示完,85,*24.8人工双折射,一、应力双折射,人为条件下产生各向异性,形成的双折射现象,在力的作用下产生变形,获得各向异性,工程上制成零件的相应塑料模型,通过观察模型受力时的偏振光干涉图样,从而判断零件内部应力分布,这称为光弹性方法,86,零件的塑料模型的光弹性照片:,条纹越密,应力越集中,87,模型的光弹图象,钓钩的光弹图象,88,二、克尔效应,在强电场的作用下产生各向异性,实验装置:,偏振片正交,给液体加上平行板电极,则形成的“晶体”光轴方向沿电场方向,89,实验表明，折射率差为,为克尔常数，与液体有关,通过液体后两束折射光的光程差为：,二次电光效应,变化变化偏振光光强变化，得到,调制,90,有些晶体在加了电场之后也能改变其各向异性，其折射率差值与电场强度成正比，称为线性电光效应（泡克尔斯效应）,91,*24.9旋光现象,一、旋光现象,线偏振光经过某些物质后其偏振面发生旋转的现象,晶体,(2)液体,旋转角度,晶体的旋光率,液体的旋光率,溶液浓度,92,二、旋光物质