第五章光的偏振..ppt

第五章光的偏振,5-1偏振光和自然光,1.自然光,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。,自然光的表示法：,2.线偏振光,线偏振光,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,线偏振光的表示法：,线偏振光,3.部分偏振光,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。,部分偏振光的表示法：,3.部分偏振光,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。,部分偏振光的表示法：,5-2起偏和检偏马吕斯定律,1.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。,1.1偏振片,微晶型,分子型,电气石晶片,线栅起偏器,起偏和检偏,偏振片的起偏,非偏振光I0,线偏振光I,偏振化方向(透振方向),检偏：用偏振器件分析、检验光的偏振态,起偏和检偏,起偏和检偏,起偏和检偏,2.2思考,I不变待检光是什么光,I变，有消光待检光是什么光,I变，无消光待检光是什么光,起偏和检偏,2.马吕斯定律,I0,I,马吕斯定律（1809）,消光,2.马吕斯定律,例题用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们的偏振化方向成300角时，观测一光源，又在成600角时，观察同一位置处的另一光源，两次所得的强度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。,解:令I1和I2分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别为I1/2和I2/2。按照马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为,所以,但按题意,即,马吕斯定律,5-3反射和折射时光的偏振,1.反射光和折射光的偏振,自然光反射和折射后产生部分偏振光,2.布儒斯特定律,实验证明：i=i0时，反射光只有S分量,i0布儒斯特角或起偏角,并且i0+r0=90O,由,有,布儒斯特定律(1812年),反射光和折射光的偏振,对空气与玻璃组合的情况，n1=1.00(空气)，若n2=1.50(玻璃)，则：,反射光和折射光的偏振,外腔式激光器谐振腔,3.应用举例,3.1激光器谐振腔,反射光和折射光的偏振,玻璃片堆：用以增大反射光的强度和折射光的偏振化程度。,当i=i0时，反射光强度I和反射光的强度I之比为,自然光从空气玻璃,玻璃片堆,3.2玻璃片堆,反射光和折射光的偏振,3.2玻璃片堆检偏,若反射光光强不变则入射光是自然光,若反射光光强变且有消光则入射光是线偏振光,若反射光光强变且无消光则入射光是部分偏振光,让待检光以布儒斯特角入射到界面上，以入射线为轴旋转界面（保持不变）,(接近线偏振光),反射光和折射光的偏振,3.2玻璃片堆检偏,若反射光光强不变则入射光是自然光,若反射光光强变且有消光则入射光是线偏振光,若反射光光强变且无消光则入射光是部分偏振光,让待检光以布儒斯特角入射到界面上，以入射线为轴旋转界面（保持不变）,(接近线偏振光),反射光和折射光的偏振,5-4光的双折射,1.寻常光和非常光,一束入射光经某些晶体折射后可分成两束光线的现象称为双折射。,实验表明，双折射现象中的两束折射光线都是线偏振光，分别称为寻常光和非常光。,双折射现象,寻常光（o光）：遵从折射定律,非常光（e光）:一般不遵从折射定律,注意：e光折射线也不一定在入射面内。,寻常光和非常光,2.光轴主平面,当光在晶体内沿某个特殊方向传播时将不发生双折射，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,主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。,o光垂直于主平面,e光平行于主平面,光的主平面,晶体的主折射率:因o、e光速率与传播方向有关，故,3.单轴晶体的子波波阵面,o光:,e光:,晶体中e光的主折射率,o波面,e波面,晶体中o光的主折射率,正晶体,负晶体,正晶体:neno,负晶体:neno,(eo),单轴晶体的子波波阵面,4.惠更斯原理在双折射现象中的应用确定波阵面的作图法,4.1光轴平行于晶体表面，自然光垂直入射,o、e光在方向上虽没分开，但速度上是分开的。,4.2光轴平行于晶体表面且垂直于入射面，自然光斜入射,惠更斯原理在双折射现象中的应用,4.3光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射,此时e光的波面不再与其波线垂直了。,惠更斯原理在双折射现象中的应用,5.晶体偏振器械,尼科耳棱镜,5.晶体偏振器械,沃拉斯顿棱镜,6.晶体的二向色性和偏振片,利用晶体的二向色性，可获得线偏振光。,某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，这叫晶体的二向色性。,圆偏振光和椭圆偏振光(P235),5-5椭圆偏振光和圆偏振光,1.椭圆偏振光和圆偏振光的获得方法,透过双折射晶片后，o光和e光的相位差为,o光和e光叠加后仍为线偏振光；,o光和e光叠加后成为椭圆偏振光。,椭圆偏振光和圆偏振光,2.波片(又称相位延迟片),波片是按一定要求切割（例如光轴平行于表面）的晶体薄片。,通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差：,椭圆偏振光和圆偏振光,从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差为的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。,时为圆偏振光,o光和e光的振幅，与晶片光轴和入射的线偏振光振动方向的夹角有关：,椭圆偏振光和圆偏振光,(1)四分之一波片,线偏振光圆偏振光,线偏振光线偏振光,从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）,线偏振光椭圆偏振光,椭圆偏振光和圆偏振光,(2)二分之一波片,使线偏振光振动面转过2角度。,椭圆偏振光和圆偏振光,（3）椭圆偏振光与圆偏振光的检偏(P241),用四分之一波片和偏振片P可区分出入射光是自然光或圆偏振光部分偏振光或椭圆偏振光,椭圆偏振光和圆偏振光,四分之一波片,偏振片（转动）,以入射光方向为轴,四分之一波片,偏振片（转动）,光轴平行于最大光强或最小光强方向放置光轴平行于椭圆偏振光的长轴或短轴放置,椭圆偏振光和圆偏振光,练习:P268,5.12,5-6旋光现象,1.物质的旋光性,当线偏振光通过某些透明物质时，其振动面将以光的传播方向为轴发生旋转，这称为旋光现象。,旋转的角度,旋光率,2.量糖术,对糖溶液、松节油等液体，有,溶液的旋光率,c溶液的浓度,溶液的比旋光率,“量糖计”,3.磁致旋光(法拉第旋光效应,1846年)历史上有重大意义,第一次说明光和电磁之间的关系,l：样品长度B：磁感应强度V：费尔德常量,例试设计三种使偏振光的振动面转过90的方法.,光所通过的晶体类旋光物质厚度l与线偏振光振动面转过角度的关系为=l,式中为旋光率(度/毫米)。要使振动面转过90所需晶体厚度l=90/。,半波片不改变入射线偏振光性质，但可使其振动面转过2角。当半波片的光轴与入射线偏振光的振动方向成=45角时,振动面就转过90。,解：,(2)用半波片。,(1)用旋光物质(如石英)。,旋光演示,（3）用两个偏振片P1和P2,先让P2绕光的传播方向转,并停在出射光强为零