激光原理-第一章背景知识

第一章 背景知识,党学明合肥工业大学仪器仪表学院,自然光,1.自然光: 在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量呈对称分布2.任何取向的一个光矢量都可分解为两个相互垂直方向上的分量,自然光,3.自然光可分解为两个任意垂直方向上的、振幅相等的独立分振动4. 表示方法:,偏振光,线偏振光 光矢量只沿某一固定方向振动的光为线偏振光 表示方法线偏振光也可以用传播方向相同、相位相同或相差、振动相互垂直的两列光波的叠加描述,2. 部分偏振光,1.定义: 部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量都有，但振幅不对称，在某一方向振动较强，而与它垂直的方向上振动较弱2.部分偏振光的光矢量可分解为两个振幅不等、振动相互垂直的独立分振动 3. 表达方式,偏振光的产生,起偏，即将自然光转变为偏振光, 用以转变自然光为偏振光的物体叫起偏器 起偏器原理: a. 二色性 b. 反射 c. 双折射2. 检验某束光是否是偏振光。；用以判断某束光是否是偏振光的物体叫做检偏器。3自然光经过起偏器后转变成线偏振光。,偏振光的产生,4在自然光的光路中插入检偏器，屏上光强减半。检偏器旋转，屏上亮暗无变化5对线偏振光，检偏器旋转一周，光强两亮两暗。6对部分偏振光，检偏器旋转一周，屏上光强两亮两弱。,马吕斯定律,定义 一束光强为I0的线偏振光，透过检偏器以后，透射光的光强为 式中 是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向间的夹角2.在光路中放入偏振片P1作为起偏器，获得振动方向与 P1透振方向一致的线偏振光，线偏振光的强度 I0为入射自然光强度的 1/2,马吕斯定律,3.在光路中放入偏振片 P2，P2作为检偏器，其透振方向 与P1 的夹角为 ，透过 的光振幅：A=A0cosa ，光强：I=I 0cos2a ， 这就是马吕斯定律。,布儒斯特定律,1 定义当入射角满足关系式反射光为振动垂直于入射面的线偏振光，该式称为布儒斯特定律，i0 为起偏振角或布儒斯特角。此时折射光偏振化的强度最强，但它不是完全偏振光,布儒斯特定律,2. 推论当光线以起偏振角入射时，反射光和折射光的传播方向互相垂直，即： i0+r=90,光的双折射,1.定义一束入射光在各向异性介质的界面折射时，产生两束折射光的现象称为双折射现象。其中一束折射光始终在入射面内，且遵守折射定律，称为寻常光，简称 o光。另一束折射光一般不在入射面内，也不遵守折射定律，沿不同方向有不同的折射率，称为非常光，简称 e光。 O、E光均为偏振光,光的双折射,2. 光轴与主截面 在晶体中存在着一个特殊的方向，当光线在晶体内沿着这个方向传播时，不发生双折射,这个特殊的方向称为晶体的光轴 包含光轴与晶面法线的平面为主截面,光的双折射,3.o光主平面和 e光主平面 由光轴和 o光组成的平面为o 光主平面。o 光振动面垂直于主平面。由光轴和 e光组成的平面为e 光主平面。 e光的振动面平行于主平面。当入射面与主截面重合时，两主平面均与主截面重合。e 光、o 光振动相互垂直。,光的双折射,4. 应用-方解石晶体制成起偏棱镜（尼科耳棱镜）尼科耳棱镜是利用光的全反射原理与晶体的双折射现象制成的一种偏振仪器,椭圆偏振光与圆偏振光,定义椭圆偏振光 : 光的振动的大小和方向随时间 而不断变化圆偏振光 : 光的振动的大小不随时间变化,而方向随时间而不断变化,椭圆偏振光与圆偏振光,2. 产生 利用两频率相同、振动方向相互垂直、相位差为 的简谐振动合成的原理，可以得出 :=2k, o,e光合成线偏振光=（2k+1），线偏振光=（2k+1）/2，椭圆偏振光其他值，椭圆偏振光,波片,1.定义 光轴和晶面平行的单轴晶片为波片当 =/2 时 d=/4,这样的晶片称为四分之一波片 当 = 时 d=/2,这样的晶片称为半波片,波片-1/4波片,作用:1.线偏振光振动方向 与1/4波片成45度，出射为圆偏振光2.线偏振光振动方向 与1/4波片不成45度，出射为椭圆偏振光3.圆偏振光通过1/4波片后，变为线偏振光，其振动方向与光轴方