第15章-光的偏振.ppt

光的偏振态偏振片和马吕斯定律反射和折射时的偏振光光在晶体中的双折射偏振光的干涉人工双折射和旋光现象,主要内容：,光波为横波。,偏振态光矢量在垂直于传播方向的平面内的振动状态。,光波中光矢量(电场)的振动方向与光的传播方向垂直。,15.1光的偏振态,表示法：用两个独立的(无确定相位关系)、相互垂直的等幅振动来表示。,圆点表示垂直于纸面的振动,短线表示平行于纸面的振动。,一.自然光偏振光,由于原子发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取0360内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占有优势。具有上述特性的光，称为自然光。,完全偏振光(线偏振光、平面偏振光)的表示法：,完全偏振光:将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移去得到的光。,部分偏振光:将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一部分移去得到的光。,15.2偏振片马吕斯定律,一.偏振片,1偏振片:将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列并蒸镀在透明基片上,就制成偏振片。特性:能吸收某一方向的光振动而仅让与此方向垂直的光振动通过。,2起偏和检偏,起偏器：从自然光获得线偏振光的器件；检偏器：用于鉴别光的偏振状态的器件。,起偏:,检偏：,光强无变化的是自然光;,以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察透过偏振片的光,光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光;,光强有变化,但最小值为零(消光)的是线偏振光。,I=(Eocos)2=Iocos2,I=Iocos2,是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角。证明：,二.马吕斯定律,内容:强度为Io的线偏振光，透过检偏片后的光强(不考虑吸收)为,解:设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光强为I2，则透射光强,即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。,例题15.1一束光是自然光和线偏振光的混合。通过一偏振片后，测得最大透射光强是最小透射光强的5倍，求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。,一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光：在反射光中,垂直振动多于平行振动;在折射光中,平行振动多于垂直振动。这里所说的“垂直”和“平行”是对入射面而言的。,一.由反射和折射获得偏振光,15.3反射和折射时光的偏振,二.布儒斯特定律,1815年，布儒斯特由实验证明：,反射光成为只有垂直振动的线偏振光。,角io称为布儒斯特角(或起偏角)。,当入射角是某一个特定角io满足:,io+r=90,由折射定律,有,又,显然,即,此时入射角io和反射角r之和恰为90(反射光线折射光线),-布儒斯特定律的重要推论,一束自然光以起偏角56.30入射到多层平板玻璃上。,三、玻璃片堆,目的：增加折射光的偏振化程度。,56.30,在玻璃片下表面处的反射，其入射角33.70也正是光从玻璃射向空气的起偏振角，所以反射光仍是垂直于入射面振动的偏振光。,注意：布儒斯特角不同于全反射的临界角,当且仅当时，反射光才是线偏振光。且n1n2或n1n2都可以。,例题15.2(1)平行光以60o的入射角由空气射向一平板玻璃，发现反射光是完全偏振光,则折射光的折射角为。玻璃的折射率为。,(2)某透明媒质对空气全反射的临界角为45o,则光从空气射向该媒质时的布儒斯特角为。,因io+r=90o，所以折射角r=30o。,又,所以io=tg-1,54.7o,30o,解:,解:,15.4光在晶体中的双折射,光学各向同性媒质:光沿各个方向的传播速度相同的媒质(如玻璃、水等)。光学各向异性媒质:光沿不同方向传播时速率不同的媒质(如方解石、石英)等。一.双折射现象,光线进入光学各向异性媒质(如方解石)后产生两条折射光线的现象，称为双折射现象。,二.寻常光和非常光寻常光线（ordinaryrays)：两条折射光线中有一条遵守通常的折射定律(n1sini=n2sinr,折射光线在入射面内)，简称o光。,非常光线(extraordinaryrays)：另一条光线不遵守通常的折射定律,它不一定在入射面内，简称e光。,o光和e光都是线偏振光.,三.光轴主截面主平面,单轴晶体：只有一个光轴的晶体,如方解石、石英等。双轴晶体：有两个光轴的晶体,如云母、蓝宝石等。,光轴：在晶体内部存在的不发生双折射的方向。,实验证明，沿光轴方向，o光和e光的传播速度相等。,主截面：由光轴与晶体表面的法线所组成的平面。,主平面：某光线的传播方向和光轴方向所组成的平面,o光的光振动方向垂直于自己的主平面;e光的光振动方向平行于自己的主平面。,当入射光的入射线和晶体的主截面重合时，o光与e光的主平面相重合，o光与e光的振动方向相互垂直。在一般情况下，o光与e光的振动方向并不完全垂直。,四、关于双折射的解释,根据惠更斯原理，自然光射向晶体时，波面上的每一点都可看作为子波源。o光在晶体内形成的子波波振面是球面，e光在晶体内形成的子波波振面是以光轴为轴的旋转椭球面。,1)单轴晶体的子波波振面,2)光轴方向由于在光轴方向上o光和e光的速率相等，所以两种波振面在光轴方向相切。,3)与光轴垂直方向e光的速率与o光的速