dch51自然光与偏振光52线偏振光与部分偏振光解析.ppt

第五章光的偏振（Polarizationoflight）,偏振现象是横波独具的特性。,光的干涉、衍射、偏振构成了波动光学的基础,偏振现象是横波区别于纵波的主要特征，只有横波才有偏振现象。早在1669年丹麦科学家巴托林.通过冰洲石（方解石）观察物体时，首次发现了双折射现象.法国的科学家马吕斯在1808年通过晶体观察从玻璃上反射光时，发现了偏振现象，并引入偏振这一概念.,菲涅耳和阿喇果等人总结了偏振光干涉的规律，为了解释种种偏振现象，托马斯杨在1817年首次提出了光波是横波。直到1865年，麦克斯韦建立了电磁理论以后，光的横波性才得到了坚实的理论基础，从而使光的偏振现象得到完全合理的解释，反过来光的偏振现象则成为光的电磁理论最有力的实验证据。,沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对称性，即纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。,一、光的偏振性,机械横波与纵波的区别,横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。,机械横波与纵波的区别,机械波穿过狭缝,偏振波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。,这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏振性。,光是横波，应该具有偏振性。,5.1自然光和偏振光（NaturalLightandPolarizedLight）,偏振波的振动方向对于传播方向的不对称性,一、光的偏振态,1偏振光（线偏振光）,光振动只沿某一固定方向的光.,线偏振光-电矢量的振动面只限于某一,确定的平面。,线偏振光,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：,自然光特点在与传播方向垂直的平面上，各个方向电矢量的时间平均值相等。可看作沿传,2自然光（非偏振光）,播方向对称分布的、无固定相位关系的大量线,偏振光的集合。,一般光源发出的光，不能直接显示偏振性,包含各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等.,机理：原子自发辐射具有独立性、间歇性和随机性普通光源所发出的光,波列之间是相互独立的，没有固定的关联（相位、振动方向、振幅、波列长短等），按统计原理，无论哪一方向的振动在各方向上的分布是对称的，振幅也可看成是完全相等的（统计平均）.,一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。,各光矢量间无固定的相位关系.所以不能合成一个线偏振光,二互相垂直方向是任选的.,自然光：讨论问题时可看作两个振幅相同,振动互相垂直的非相干线偏振光的叠加。,部分偏振光：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。,3部分偏振光及偏振度,图示：,通常用偏振度P表示部分偏振光的偏振程度,对于自然光，Imax=Imin，P0；,对于线偏振光，Imin0，P1。,线偏振光是偏振度最大的光，又叫全偏振光。,部分偏振光还可以表示成为自然光和平面偏振光的叠加,偏振度,IM在某一方向上的偏振光强度最大值,In与之垂直方向的偏振光强度最小值,平面偏振光P=1,自然光(非偏振光)P=0,部分偏振光0P1,图示：自然光,线偏振光：,部分偏振光：,1、偏振光及其表征：（1）自然光（2）线偏振光（3）部分偏振光,2、偏振光产生的方法：（1）二向色性元件（天然、人工）:起偏器和检偏器，马吕斯定律。（2）界面反射（布儒斯特定律）（3）界面折射（应用：laser的布儒斯特窗）,某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向平行的光振动通过,这种性质称二向色性.,5.2线偏振光与部分偏振光,二向色性（dichroism）：利用某些晶体对,振动方向不同的电矢量具有选择吸收的性质,一、偏振光的获得:,物质的二向色性,二向色性：物质所具有的对相互垂直的两个光振动的选择吸收作用。,有些能够产生双折射的单轴晶体，对o光和e光的吸收作用有很大不同，对其中的一个吸收作用很强，而对另一个很弱。,在高分子化合物中，使高分子长链沿某个方向有规则的排列，经特殊加工后，它会对相互垂直的两个光振动产生不同的吸收作用。,具有二向色性的物质可以用来制作偏振片。,制成的起偏器（检偏器）叫偏振片（polaroid）。,涂有二向色性材料的透明薄片.它只让某一特定方向的光振动通过。,起偏器：能够使自然光变为某种偏振光的光学元件,检偏器：用来检验偏振光的光学元件。,二.起偏和检偏,起偏的原理：利用某些材料在光学性质上的各向异性。,起偏：从自然光获得偏振光。,起偏器:起偏的光学器件。,电气石晶片,偏振片的起偏,偏振片,检偏：用偏振器件分析、检验光的偏振态,偏振片的起偏,偏振化方向（透振方向）：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.,偏振片上允许通过光振动的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫透光轴。,偏振片的偏振化方向,检偏,偏振片对不同偏振态的作用,自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同。此时的偏振片称为起偏器。,若入射自然光的光强为I0，其通过偏振片后，光强降为I0/2。,检偏,用偏振器件分析、检验光的偏振态,思考：,I不变？是什么光,I变，有消光？是什么光,I变，无消光？是什么光,Malus定律-线偏振光经过检偏器后的透,射光强随起偏器和检偏器透振方向间夹角变化,的规律。,二马吕斯定律（1880年）,注意：偏振片的特点是只允许电振动沿透振方向的光通过自然光通过无吸收的理想偏振片后其强度应减为原来的一半。,马吕斯定律,-马吕斯定律,光强为I1的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方向的成角时，则透过偏振片的光强为：,注意两点：,入射光必须是线偏振光，不是自然光；是与cos2正比，而不是与cos正比。,a=0或a=1800时,I2=I1光强最强,讨论：,a=900或a=2700时,I=0光强最弱,a=0或a=1800时,I2=I1光强最强,讨论：,a=900或a=2700时,I=0光强最弱,例有两个偏振片,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.,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,在两块正交偏振片p1,p3之间插入另一块偏振片p2，光强为I0的自然光垂直入射于偏振片p1，讨论转动p2透过p3的光强I与转角的关系.,若在间变化，如何变化？,END,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.,三光反射与折射时的偏振,一.部分偏振现象,自然光在两各向同性媒介分界面上反射和折射时，反、折射光均成为部分偏振光,特点：反射光垂直入射面的振动较强，折射光反之,三光反射与折射时的偏振,二.布儒斯特定律,1812年布儒斯特发现，当入射角为某特定值时，反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光,由折射定律,-布儒斯特定律,说明：i=i0时，反射光为线偏振光，而折射光仍然是部分偏振光，但此时偏振化程度最高,布儒斯特定律（1812年）,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，,使反射光成为全偏振光时的入射角i0称为布儒斯特角。,当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相垂直，即有,(1)反射光和折射光互相垂直.,对空气与玻璃组合的情况，n1=1.00(空气)，若n2=1.50(玻璃)，则：,可见，当入射光等于起偏角时，反射光线与折射光线互相垂直。,(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.,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.,