第10章波动光学10[1].13.ppt

光波的第三个特性 光的偏振 电磁理论指出光是一种特殊的电磁波 其电矢量强 磁矢量弱 因而把光的电矢量方向定义为光波的振动方向 也称光矢量方向 光矢量空间分部的不对称性就是光的偏振 11 8光的偏振 若光矢量保持在一定平面内振动 称此 平面为光矢量的振动面 11 8 1光的偏振态 表示法 传播方向 传播方向 1 光矢量沿一个固定的方向振动 因此可以用 或者表示 1 线偏振光 2 椭圆偏振光 圆偏振光 光矢量在垂直于传播方向的平面内转动 其端点轨迹为椭圆或圆 3 自然光 非偏振光 光矢量的振动在各个方向上都有 并且振动的幅度相等 这种光被称为自然光 自然光可分解为两个垂直的 振幅相等的独立光振动 两个光振动振幅相等 位相关系不恒定 传播方向 表示法 4 部分偏振光 介于线偏振光与自然光之间的情形 可看成线偏振光与自然光的混合 表示法 2 Io 总光强IP 线偏振光的光强In 自然光的光强 一 偏振片 1 偏振片 只让某一方向振动的光通过 而吸收与这一方向相反的光振动 11 8 2偏振片 二 偏振光的获得与检验 1 起偏 起偏 A 自然光 B 线偏振光 起偏器 3 1 检偏器在转动过程中透射光光强不变 入射光是自然光 3 如果透射光光强变化但不出现消光 入射光是部分偏振光 2 透射光光强变化 出现消光 入射光是线偏振光 起偏器 检偏器 2 检偏 三 马吕斯定律 4 P2 偏振光的应用 例10 21一束自然光通过两个偏振化方向之间夹角为600的偏振片 如果入射光光强为I0 求透过两个偏振片的光强是多少 例10 22设入射光中包含自然光和线偏振光 在偏振片旋转一周的过程中 观测到透过偏振片的光强的最大值与光强最小值的比为4 求入射光中自然光与线偏振光的光强比 11 8 3利用反射获得线偏振光 部分偏振光 自然光 部分偏振光 布儒斯特定律 称起偏角或布儒斯特角 6 例2 求玻璃的起偏角 玻璃 布儒斯特定律的实质 若以角入射 则不论什么光成份都有反射 设 则 7 例题 画出下列图中的反射光 折射光以及它们的偏振状态 应用 1 可测不透明媒质折射率 2 反射光是部分偏振光 利用偏振片可消去大部分反射光 如镜头前加偏振片 偏光望远镜等 8 3 利用玻璃片堆从透射光可获得较强线偏振光 9 11 9双折射 1 现象 玻璃 晶体 方解石 自然光 自然光 自然光入射到晶体上一般产生两条折射光 一条遵守折射定律 称寻常光 o光 一条不遵守折射定律 称非寻常光 e光 它们都是线偏振光 且振动方向互相垂直 10 定义 通过方解石晶体观察物体 会看到两个物体的像 这种现象叫双折射 2 双折射的原因是晶体的各向异性 光波阵面为球面 光波阵面为旋转椭球面 光 光 光轴 光 光 主折射率 或 称为负晶体 或 称为正晶体 如方解石 如石英 垂直于光轴方向 速度相差最大 则 几个概念 光轴 O光振动垂直O光主平面 当光轴与入射面平行时 o光主平面和e光主平面平行 O光与e光振动方向垂直 有一个光轴的晶体叫单轴晶体 具有两个光轴的晶体叫双轴晶体 光 光 光轴 3 利用惠更斯原理作o e光路图 以方解石为例 光轴 光轴 13 4 起偏棱镜 方解石 方解石 加拿大树胶 光轴 14 1 格兰棱镜 2 尼科尔棱镜 起偏棱镜 方解石 方解石 加拿大树胶 光轴 14 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 返回 结束 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 返回 结束 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 返回 结束 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 返回 结束 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 返回 结束 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 返回 结束 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 返回 结束 起偏器 检偏器 自然光 线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器 光强发生变化 两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零 检偏器 自然光通过旋转的检偏器 光强不变 自然光 返回 结束 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器 光强不变 返回 结束 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器 光强不变 返回 结束 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器 光强不变 返回 结束 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器 光强不变 返回 结束 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器 光强不变 返回 结束 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器 光强不变 返回 结束 检偏器 自然光 自然光通过旋转的检偏器 光强不变 返回 结束 偏振光的应用在机械工业中 利用偏振光的干涉来分析机件内部应力分布情况 这就是光测弹性力学的课题 在化工厂里 我们可以利用偏振光测量溶液的浓度 偏光干涉仪 偏光显微镜在生物学 医学 地质学等方面有着重要的应用 在航海 航空方面则制出了偏光天文罗盘 日常生活中应用偏振光的实例 1 汽车车灯汽车夜间会车 如果驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片 汽车在夜间行驶时 即不要熄灯 也不要减速 可以保证安全行车 另外 在阳光充足的白天 从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光 常会使眼睛睁不开 由于光是横波 所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的 因此 只需带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光 2 观看立体电影在拍摄立体电影时 用两个摄影机 两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛 它们同时分别拍下同一物体的两个画像 放映时把两个画像同时映在银幕上 如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面 就可以使观众得到立体感 为此 在放映时 两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片 两个偏振片的偏振化方向相互垂直 观众戴上用偏振片做成的眼镜 左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同 右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同 这样 银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察 在人的脑海中就形成立体化的影像了 3 生物的生理机能与偏振光人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的 但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感 比如蜜蜂有五支眼 三支复眼 两支复眼 每个复眼包含有6300个小眼 这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位 然后以太阳为定向标来判断方向 所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛 再如在沙漠中 如果不带罗盘 人是会迷路的 但是沙漠中有一种蚂蚁