第12章-光学3.ppt

1、1,12.11光的横波性与偏振现象12.22光在反射、折射时的偏振12.13光在晶体中的双折射12.14偏振光的干涉,第12章光的偏振,2,一、横波与偏振现象,机械横波的检验,若振动方向平行AB通若把AB旋900，则不通,只有横波有偏振现象而纵波无偏振问题,12.11光的横波性与偏振现象,3,通,不通,用偏振片检验光的横波性,通光方向,4,1.线偏振光,线偏振光的图示,也叫面偏振光偏振光完全偏振光,二、光源的偏振状态,在纸面内振动,垂直纸面的振动,5,一个原子一次发光一定是偏振光如何得到可实用的线偏振光呢?特殊光源如外腔式激光器更多的途径是从普通光源中获取普通光源的偏振态通常是自然光和部分偏振

2、光,6,2自然光普通光源发光：在人们观察的时间内有无穷次的发光按统计的观点人们观察到的将是：在垂直传播方向的平面内各个方向的光振动全有各个振动方向的强度相等,7,在实际应用中将光矢量分解为振幅相等的两个垂直分量,视研究的问题决定如何取坐标轴如在从自然光中获取偏振光时偏振片的通光方向就是首选的坐标轴,或,x,图示,各个方向振动全有,8,3.部分偏振光本质上同自然光但显示出某个方向的振动较强些,图示,9,第一如何判别光源的偏振态,偏振光的检验,三个基本途径,原理：二向色性布儒斯特定律双折射,第二如何从普通光源中取得偏振光,从实用的角度必须解决两大问题,10,第一种从普通光源中获取偏振光的方法利用偏

3、振片（二向色性）可以获取偏振光,11,三、偏振状态的检验,观察出射光强的变化,消光,不变,入射光,入射光,入射光,线偏振,自然光,部分偏振,光强变化,12,四、马吕斯定律线偏振光通过偏振片后的光强,反映光矢量对传播方向不对称,线偏振光,13,光强I的自然光通过偏振片后光强变为多少?,该偏振片可以从自然光中取得偏振光称为起偏器,理想偏振片,14,例题.光强为I的一束自然光,依次通过三个偏振片P1、P2、P3.已知P1和P3的偏振化方向相互垂直,且偏振片无吸收.设P1和P2的偏振化方向的夹角为,若以入射光为轴旋转P2则通过这三个偏振片后的光强是_;当为_时I有最大值_.,自然光,15,一、现象,自

4、然光入射在两各向同性介质表面观察反射光折射光线的偏振状态,1.一般入射角的情况反射光折射光都是部分偏振光,反射光中垂直入射面振动占优折射光中平行入射面振动占优,12.12光在反射、折射时的偏振,16,2.特殊入射角的情况,（1)两光偏振状态反射光-完全偏振光折射光-部分偏振光,（2)反射光线与折射光线垂直,(起偏角或布儒斯特角),入射角满足,17,二、布儒斯特定律,光在两各向同性介质表面入射时如果入射角与两介质折射率存在下述关系,平行入射面的光振动全透过这就是布儒斯特定律,思考：如果入射光中只有垂直入射面的振动分量则反射光和透射光的偏振状态如何？,18,三、玻片堆可获得两束线偏振光,作业：12

5、.4612.51,19,（C）用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见,（A）玻璃门表面的反光很强,（B）用偏光镜减弱了反射偏振光,20,总结从普通光源中获得线偏振光的方法利用各向异性物质的二向色性(偏振片)物质对振动方向显现出吸收系数的不同2.利用自然光在两个各向同性介质表面的反射(布儒斯特仪)物质对振动方向显现出反射系数的不同3.利用各向异性晶体的双折射(晶体偏振器)物质对振动方向显现出传播速度的不同,双折射现象,12.13光在晶体中的双折射,22,一、各向异性晶体中的双折射现象自然光进入各向异性晶体中光线？方解石晶体,现象：(1)两束折射光,服从折射定律,寻常光线,o光,不服从折

6、射定律,异常光线,e光,23,光,光,双折射,纸面,令方解石晶体绕光线旋转,24,光,光,双折射,纸面,25,光,光,双折射,纸面,26,光,光,双折射,纸面,27,（2)o光e光的偏振状态,均是偏振光两者振动方向近乎垂直,需要进一步解决的问题：（1)e光在晶体内的传播方向？（2)o光e光的振动方向？需要先介绍晶体的基本知识,28,二、晶体的光轴光线的主平面,1.光轴(方向)在这个方向上不发生双折射称这个特殊方向为晶体的光轴,注意：光轴在晶体内光轴是一个方向,光轴,29,光线在晶体内部沿着光轴方向传播不发生双折射,分类：单轴晶体双轴晶体,只有一个光轴方向有两个光轴方向,方解石(冰洲石)石英,云

7、母蓝宝石,2.光线的主平面光线与光轴组成的平面称该光线的主平面,30,一般情况下两个光线主平面不重合特殊情况下光轴在入射面内，两个光线主平面重合，此时，两个光线的主平面可用入射面代替！,31,三、o光e光的振动方向o光和e光都是线偏振光振动方向怎样说明呢？必须由各光线的主平面来说明,o光的振动垂直o光的主平面,e光的振动在e光的主平面内,两光偏振方向垂直,32,33,四、惠更斯原理确定晶体中光线传播方向作图法确定单轴晶体中o光和e光的传播方向o光e光的子波面注意:双折射的本质是传播速度的各向异性o光传播的速度在各方向相等(各向同性)e光传播速度与方向有关(各向异性)结论:o光的子波面一定是球面

8、e光的子波面肯定不是球面,34,给出两个实验事实：（1）在光轴方向e光的速度等于o光速度即等于Vo（2）在垂直光轴方向o光e光两个速度差别最大与o光速度差别最大的速度记做Ve,按Ve与Vo关系不同将晶体分为正负两种,正晶体,负晶体,35,正晶体,方解石,负晶体,石英,称为晶体的主折射率与波长有关,e光的子波面,负晶体的子波面,e光的子波面是以光轴为轴的旋转椭球面,36,2.惠更斯作图法,(1)光轴平行晶体表面自然光垂直入射,o光和e光在方向上虽没分开，但速度上是分开的。仍产生双折射现象。,37,(2)光轴平行晶体表面，且垂直入射面，自然光斜入射,在此特殊情况下，o光、e光均满足折射定律。,38

9、,(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射线垂直了,39,一、典型装置,波晶片:光轴平行于入射表面的晶体薄片,两个正交的偏振片记做,三个元件表面平行自然光正入射,12.14偏振光的干涉,40,?,?,在上述装置下令单色自然光正入射分析各区光的偏振状态起偏器P后是线偏振光线偏振光经波晶片C后偏振态?强度?检偏器A后的偏振态?强度?,41,二、线偏振光通过波晶片后的偏振状态,（3)o光e光的光程差,结论:（1)o光e光传播方向相同同一点源发出的o光e光不分开（2)o光e光振动方向垂直o光轴e光轴可以用光轴来说明oe光振动方向,42,（4)线偏振光通过波晶片后的偏振状态两个同频率的振动方向垂直的有确定相位差的简谐振动的合成,一般合成光矢量端点的轨迹是椭圆,但每时刻都是线偏振光所以称为椭圆偏振光,光轴,43,特殊1若晶片厚度合适使o光e光的光程差为/4波长,相位差是,正椭圆偏振光,圆偏振光,如果再让,该波晶片叫四分之一波片,44,特殊2若晶片厚度合适使o光e光的光程差为/2波长,称该波晶片为二分之一波片(或称半波片),经二分之一波片后o光e光相位差为合成为线偏振光,相位差是,45,线偏振,在/2片前,过/2片后,仍是线偏振旋转了2角,/2片,注意:/2波片/4波片必须指明波长,13象限的振动,24象限的振动,46,三、相干区干涉强度,相干区,相干光的振幅,光