大学物理光的偏振课件

1、大学物理大学物理学学110-7 10-7 光的偏振光的偏振10-8 10-8 偏振光的干涉偏振光的干涉 人为双折射人为双折射 旋光现象旋光现象大学物理大学物理学学210-7 光的偏振光的偏振一、横波的偏振性一、横波的偏振性振动面振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。偏振偏振: : 波波的振动方向相对传播方向的不对称性。的振动方向相对传播方向的不对称性。光矢量光矢量振动面振动面v0HE光的偏振态光的偏振态: : 光矢量在与光传播方向垂直的光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。平面内的振动状态。大学物理大学物理学学3二、自然光二、自然光一束自

2、然光可分解为两束振动方向相互垂直的、一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、等幅的、不相干不相干的线偏振光的线偏振光。自然光的表示法：自然光的表示法： 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。 x20IIIyx 大学物理大学物理学学4三、线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）三、线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）光波的光矢量方向始终不变，光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。只沿一个固定方向振动。一束一束线偏振光线偏振光可分解为两束振动方向

3、相互垂直的、可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、等幅的、相干相干的线偏振光的线偏振光。 sincosEEEEyx EEyEx yx 大学物理大学物理学学5线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光振动平行板面光振动平行板面x光振动垂直板面光振动垂直板面 x大学物理大学物理学学6四、部分偏振光四、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、部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的不等幅的、不相干不相干的线偏振光的线偏振光。部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法： 平行板面的平行板面的光振动较强光振动较强垂直板面的垂直板面的光振动较强光振动较强部分偏振光的分解部分偏振光的分解部

4、分偏振光部分偏振光大学物理大学物理学学7起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律 起偏起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。检偏检偏：检查入射光的偏振性。：检查入射光的偏振性。透透光光轴轴方方向向自然光自然光偏振片偏振片线偏振光线偏振光一、偏振片的起偏和检偏一、偏振片的起偏和检偏将待检查的入射光垂直入将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振射偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，确片，观察光强的变化，确定光的偏振性。定光的偏振性。大学物理大学物理学学8线偏振光通过旋转的检偏器，线偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化，有消光现象光强发

5、生变化，有消光现象大学物理大学物理学学9自然光通过旋转的检偏器，光强不变。自然光通过旋转的检偏器，光强不变。大学物理大学物理学学10部分偏振光通过旋转的检偏器，部分偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化。光强发生变化。大学物理大学物理学学11自然光通过起偏器，成为线偏光自然光通过起偏器，成为线偏光注意自然光通过偏振片后光强的变化注意自然光通过偏振片后光强的变化大学物理大学物理学学12I?P待检光待检光I不变不变？是什么光？是什么光I变，有消光变，有消光？是什么光？是什么光I变，无消光变，无消光？是什么光？是什么光大学物理大学物理学学13二二. . 马吕斯马吕斯定律定律 20cosII -线偏振光

6、的振动方向与检偏器的透射轴方向线偏振光的振动方向与检偏器的透射轴方向 之间的夹角。之间的夹角。如果入射线偏振光的光强为如果入射线偏振光的光强为I0，透过检偏器后，透过检偏器后，透射光的光强透射光的光强I为为E0 E0cos 检偏器检偏器透射轴透射轴线偏振光线偏振光振动方向振动方向0max0III ， 02 I， 消光消光大学物理大学物理学学1410.7.4 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振1n2nr 自然光自然光部分部分偏振光偏振光反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化部分部分偏振光偏振光大学物理大学物理学学1512tgnnb 这时

7、反射光成为其振动方向垂直于入射面的线偏振光。这时反射光成为其振动方向垂直于入射面的线偏振光。布儒斯特定律布儒斯特定律2 rb 反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一角等于某一特定值特定值 且满足且满足b 起偏振角起偏振角布儒斯特角布儒斯特角b 1n2n自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光b r 大学物理大学物理学学16利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生线偏振光产生线偏振光ib(接近线偏振光接近线偏振光)玻璃片堆玻璃片堆 最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光大学物理大学物理学学17一、一、双折射双折射现象现

8、象 对于各向异性晶体，一束对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可以观察到有光射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。两束折射光的现象。寻常光线寻常光线(o光光) -遵守折射定律遵守折射定律非常光线非常光线(e光光) -不遵守折射定律不遵守折射定律o光和光和e光都是线偏振光。光都是线偏振光。10.7.5 晶体晶体的双折射的双折射 SI1R2R大学物理大学物理学学18光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体大学物理大学物理学学19光光光光双双折折射射当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e

9、光围绕光围绕o光旋转光旋转纸面纸面方解石方解石 晶体晶体大学物理大学物理学学20光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体大学物理大学物理学学21光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体大学物理大学物理学学22晶体的光轴晶体的光轴与光线的主平面与光线的主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为折射，该方向称为晶体的光轴晶体的光轴。“光轴光轴”是一是一特殊

10、的特殊的“方向方向”, ,不是指一条直线。不是指一条直线。凡平行于此方向的直线均为光轴。凡平行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体单轴晶体：只有一个光轴的晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体：有两个光轴的晶体AB光轴光轴102大学物理大学物理学学23主平面主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面o光的振动面垂直于光的振动面垂直于o光的主平面光的主平面e光的振动面在光的振动面在e光的主平面内光的主平面内主截面：主截面： 由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。由晶体光

11、轴和晶体表面法线方向组成的平面。大学物理大学物理学学24二二、波片波片(波波晶晶片片)dnneoeo)(2 2 四分之一波片四分之一波片 二分之一波片二分之一波片eouu eonn dnneo)( 4)( dnneo2)( dnneo晶晶面面光轴光轴doe大学物理大学物理学学25三三、椭圆偏振光与圆偏振光、椭圆偏振光与圆偏振光. . . .dCS1P 光轴光轴 cosEEe sinEEo C oEeE通过通过d后，位相差后，位相差d)nn(do 2回顾上册第回顾上册第180页到第页到第182页内容页内容大学物理大学物理学学264 2 (1)如果是四分之一波片如果是四分之一波片 (2)如果是二分

12、之一波片如果是二分之一波片4 若若eoEE 通过晶片后的光成为通过晶片后的光成为圆圆偏振光偏振光4 若若通过晶片后的光成为线偏振光，通过晶片后的光成为线偏振光，振动方向旋转振动方向旋转900。2 d)nn(do 2dnneo)( 4 若若eoEE 通过晶片后的光成为通过晶片后的光成为椭椭圆圆偏振光偏振光大学物理大学物理学学27一、一、偏振光干涉偏振光干涉. . . .dCS1P2P 光轴光轴透光轴相互垂直透光轴相互垂直 sincossin12EEEee cossincos12EEEoo 是一对振幅相等的相干光是一对振幅相等的相干光22oeEE 、10-8 偏振光的干涉偏振光的干涉 人为双折射人

13、为双折射 旋光现象旋光现象C1P1EoEeE2oE2eE2P 大学物理大学物理学学28 cos22222222oeoeEEEEE2)cos1(2sin21222 IEI d )nn(eo2光强决定于两束光的总位相差光强决定于两束光的总位相差第一项为两光通过晶片产生的位相差第一项为两光通过晶片产生的位相差第二项是由于第二项是由于 方向相反引起的附加位相差方向相反引起的附加位相差22oeEE、 )(2sin21222eonndIEI )2, 1, 0(2 kk 极大极大I)2, 1, 0(2)12( kk 0 I大学物理大学物理学学29 暗暗亮亮,k)k(,kk21 1221 2 干涉的明暗条件干

14、涉的明暗条件色偏振色偏振2)cos1(2sin21222 IEI大学物理大学物理学学30二、人为双折射现象二、人为双折射现象某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质，某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质，也呈现双折射现象。也呈现双折射现象。1、光弹性效应光弹性效应应力双折射应力双折射在机械应力作用下，显示光学各向异性在机械应力作用下，显示光学各向异性KPnneo 应力（压强）应力（压强）比例系数比例系数 PKd )nn(eo 2两偏振光通过厚度为两偏振光通过厚度为d介质后产生的位相差介质后产生的位相差大学物理大学物理学学312、克尔效应克尔效应电致双折射电致双折射在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性2KEnneo 克克尔尔常常数数 K应用：光开关应用：光开关. .ECS1P2P克克尔尔盒盒透光轴相互垂直透光轴相互垂直大学物理大学物理学学32三三 旋光现象旋光现象 线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的振动线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为面将旋转一定的角度，这种现象称为振动面的旋转振动面的旋转，也称也称旋光现象旋光现象。未放置未放置C，P2后视场黑暗后视场黑暗放置放置C后，旋转后，旋转P2一定角度，视场又变黑暗一定角度，视场又变黑暗. .CS1P2P过过