光的偏性精品课件

1、光的偏性第1页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一一、光的偏振性1.自然光2.完全偏振光(1) 线偏振光（2）圆偏振光(3) 椭圆偏振光3部分偏振光1光的偏振态基本概念二、光的偏振态分类第2页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一光的波动性 光的干涉、衍射 .光波是横波 光的偏振 .机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝一、光的偏振性第3页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一光是横波光波又是电磁波，光矢量E的振动称为光振动。光矢量的振动状态叫做光波的偏振态.光波按偏振态来划分，可分为三大类： (1)自然光，(2)完全偏振光，(3)部分偏振光.二、

2、光的偏振态分类第4页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一1.自然光（非偏振光） 普通光源中包含许许多多分子和原子,不同的原子或分子所发光波,或同一原子不同时刻所发光波,其振动方向振幅,初始相位各不相同. 在垂直于光传播方向的平面内, 在观测最小时间间隔内,光振动在各个方向的几率相同,没有那一个方向占更大优势.我们称这种光为自然光.第5页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 用来表示垂直于光传播方向的平面内,光振动方向的矢量图, 叫做迎光矢量图. 该图表示迎着光传播方向看到的光振动的情况. 在迎光矢量图上, 自然光是一些均匀分布的辐射线.自然光自然光等效为两振

3、幅相等、互相垂直的、无相位关系的线偏振光自然光的两种表示方法第6页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一注意（1）二互相垂直的方向是任选的；（2）各光矢量间无固定的相位关系。令自然光的强度为I0，根据非相干叠加，有第7页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 左图中线段表示光振动平行于图面的线偏振光, 点子表示光振动垂直于图面.线偏振光2.完全偏振光(1) 线偏振光在与光传播方向垂直的平面内，光振动只改变振幅大小，不改变方向，它的端点的轨迹是一条直线.这种光称为线偏振光。另外，光矢量总是在一个固定的平面内,所以这种偏振光又叫做平面偏振光. 第8页，共46页，20

4、22年，5月20日，4点31分，星期一 在迎光矢量图上,线偏振光是一直线 （2）圆偏振光 在垂直于光传播方向的固定平面内，光矢量的大小不变, 但随时间以角速度 旋转, 其末端的轨迹是圆. 这种光叫做圆偏振光. 右旋圆偏振光:迎光的传播方向看，光矢量顺时针转。反之,叫做左旋圆偏振光. 第9页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一在垂直于光传播方向的平面内，右旋圆偏振光的光矢量随时间变化顺时针旋转(3) 椭圆偏振光 在垂直于光传播方向的固定平面内, 光矢量的方向和大小都在随时间改变, 光矢量的端点描出一个椭圆, 这样的偏振光叫做椭圆偏振光. 左旋椭圆偏振光光矢量随时间逆时针旋转第1

5、0页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一实际上，完全偏振光可以由两个互相垂直的，有相位关系的, 同频率的线偏振光合成. 反之, 一完全偏振光也可以分解为两个任意方向, 相互垂直, 有相位关系的同频率的线偏振光. 第11页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一设两线偏振光沿 z 方向传播,在z=0的平面内,两光振动表达式为将两方程消去 t ,得光矢量端点的轨迹方程.式中为两线偏振光在z0点的相位差.它们决定了合成偏振光的偏振态. 第12页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 1）当时，合成指向 1，3 象限的线偏振光.合成 指向2，4 象限的线

6、偏振光时，当讨论第13页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一且时，2）当合成（正）椭圆偏振光 .且当时，合成圆偏振光.3)当 是 上面(1) 和(2)中以外的相位值时, 合成 (斜) 椭圆偏振光.第14页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一下图是不同的相位差对应的偏振态第15页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一附 两个相互垂直的同频率的简谐运动的合成质点运动轨迹 （椭圆方程）第16页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一（1） 或 讨论（2） 第17页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一（3） 讨论第18

7、页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 用旋转矢量描绘振动合成图第19页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 两相互垂直同频率不同相位差简谐运动的合成图第20页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一3部分偏振光由自然光和完全偏振光组成的光，叫做部分偏振光（或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光 ）。 .(1)自然光 + 线偏振光， (2)自然光 + 圆偏振光， (3)自然光 + 椭圆偏振光，共有以上三种部分偏振光.符号表示第21页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 2 马吕斯定律与布儒斯特定律2.

8、菲涅耳公式3.布儒斯特定律1.马吕斯定律第22页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 起 偏（1） 偏振片 起偏与检偏 二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性 . 偏振片 ：涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向 ：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。偏振化方向起偏器1.马吕斯定律第23页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一检偏器 检 偏起偏器第24页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一NM（2） 马吕斯定律（1880 年）检偏器起偏器NM 马吕斯定律

9、强度为 的偏振光通过检偏振器后, 出射光的强度为第25页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 例1 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 和 . 经过起偏器后光强分别为 和 .经过检偏器后第26页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 在两块正交偏振片 之间插入另一块偏振片 ，光强为 的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动

10、透过 的光强 与转角的关系 .讨论第27页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一若 在 间变化， 如何变化？第28页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一2.布儒斯特定律1808年，马吕斯发现，自然光在介质上反射、折射时，有偏振现象发生，即反射光与折射光都是部分偏振光。而反射光中垂直分量占多数。1813年，布儒斯特发现，当入射光以一定角度入射时，反射光为完全偏振光，只有垂直入射面的振动分量，这个现象称为布儒斯特定律。第29页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一空气 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

11、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 .（1）光反射与折射时的偏振玻璃第30页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一（2）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，1）反射光和折射光互相垂直 .讨论玻璃空气第31页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 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 .玻璃玻璃第32页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一1) 菲涅耳

12、公式 当光通过不同的介质界面时, 入射光分为反射光和入射光两部分, 折射定律和反射定律决定了它们的方向, 而这两部分光的强度和振动的取向, 则需要用电磁理论来讨论. 因为光在介质界面上反射和折射时, 其平行于入射面的分量(又称平行分量,用 p表示,或简称p分量)，与垂直于入射面的分量(又称垂直分量,用s 表示,或简称s分量) 的行为不同. （3）用菲涅耳公式证明布儒斯特定律第33页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一.第34页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一振幅反射比:振幅透射比:由电磁场理论，各光波矢量满足（菲涅耳公式）：第35页，共46页，2022年

13、，5月20日，4点31分，星期一 上面推导出的四个式子,称为菲涅耳公式.对于外反射和内反射都适用.2）反射率R与透射率T的关系可以证明：（证明略） 菲涅耳公式表明，在反射、折射过程中，P分量与S分量的振动是相互独立的。第36页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一根据p分量振幅反射比结果：反射光中只有 s 分量,没有p分量, p 分量全部透射. 此时的入射角称为布儒斯特角(也叫偏化角),记为 3）证明布儒斯特定律当时第37页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一上式表示的关系，叫做布儒斯特定律.由于所以反射光与折射光垂直.可以证明：证明：由折射定律又由第38页，

14、共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一.因此反射光中只有s分量. .透射光为部分偏振光.空气中折射率为1.5的平板玻璃, 自然光以布儒斯特角入射到第一界面上.第二界面上的入射角也恰为布儒斯特角例如:第39页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一玻璃片堆的反射起偏和透射起偏反射起偏和透射起偏: 自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆(由二十多个玻璃片组成)上, 反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光. 透射光偏振度非常高, 也可视为线偏振光, 振动面平行于入射面.第40页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一讨论讨论下列光线的反射和折射（起偏角 ）.第41页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一 讨论 如图的装置 为偏振片，问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？1）去掉 保留 2）去掉 保留 3）去掉 保留 4） 都保留 .无（两振动互相垂直）无（两振动互相垂直）无（无恒定相位差）有第42页，共46页，2022年，5月20日，4点31分，星期一2