15光的偏振.ppt

1、第十五章,光的偏振,polarlization of light,教学基本要求,理解各种光的偏振状态和线偏振光、部分偏振光、自然光的偏振特点及其分解; 了解圆偏振光和椭圆偏振光及其偏振片的作用； 掌握马吕斯定律、布儒斯特角的概念及如何利用偏振片来起偏和检偏; 了解反射光和折射光的偏振特性; 了解晶体双折射现象的基本描述，理解o光和e光的特点 .,机械横波与纵波的区别,机械波穿过狭缝,自然光可分解为两束振动方向互相垂直、等振幅、且无确定相位关系的线偏振光, 并各具有一半的光能 .,二互相垂直方向可任选,一般光源发出的光中包含有沿各个方向振动的光矢量。,在垂直于光传播方向的平面内,一自然光,注意

2、两互相垂直的偏振光，由于相互独立，没有固定的相位关系，所以不能合成一个线偏振光。,偏振光（线偏振光）,光振动只沿某一固定方向的光 .或在传播过程中光矢量始终保持在一个确定的平面内 .,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光 .,可视为线偏振光与自然光的合成,部分偏振光可分解为两束振动方向互相垂直、振幅不等、且无确定相位关系的线偏振光.,Ip：偏振光成分相应的光强； In：自然光成分相应的光强；,对于线偏振光，In = 0，P = 1； 对于自然光， Ip = 0，P = 0。,对于部分偏振光，0 P 1, 偏振度,圆偏振光和椭圆偏振光,在垂直于光传播方向的

3、平面内,光矢量 是一个旋转矢量，矢量端点的运动轨迹是圆或者椭圆。,圆偏振光或椭圆偏振光可分解为两束振动方向互相垂直、振幅不等、且具有确定相位关系的线偏振光.,二偏振片 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，这个方向叫此偏振片的偏振化方向 .,检 偏,三马吕斯定律（1880 年）,马吕斯定律 强度为 的偏振光通过检偏振器后, 出射光的强度为,例1 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检偏器. 当它

4、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,若 在 间变化， 如何变化？,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 .,光反射与折射时的偏振,1）反射光和折射光互相垂直 .,2）根据光

5、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.,讨论下列光线的反射和折射（起偏角 ）.,一 双折射的寻常光和非寻常光,光通过双折射晶体,（一般情况，非常光线不在入射面内）,实验证明： O 光和 光均为偏振光.,寻常光线 在晶体中各方向上传播速度相同.,常量,非常光线 晶体中各方向上传播速度不同,随方向改变而改变.,为主折射率,惠更斯原理：,o 光在晶体内任意点所引起的波阵面是 球面。即具有各向同性的传播速率。,e光在晶体内任意点所引起的波阵面是旋转 椭球面。沿光轴方向与O光具有相同的

6、速率。,e光波面,O光波面,光轴方向,负晶如方解石CaCO3,e光波面,O光波面,光轴方向,正晶如石英SiO2,方解石晶体,光轴 在方解石这 类晶体中存在一个特殊 的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象 . 称这一方向为晶体的光轴.,分类：单轴晶体 双轴晶体 uniaxis crystal biaxis ,只有一个光轴方向 有两个光轴方向,方解石 (冰洲石) 石英 quartz,云母 蓝宝石 mica sapphire,人工拉制单轴晶体 ADP(磷酸二氢氨) 铌酸锂(LiNiO3),主截面 当光在一晶体表面入射时，此表面的法线与光轴所成的平面.,当入射面是主截面时， O 光的振动垂直主

7、截面； 光的振动平行于主截面.,惠更斯原理确定晶体中光线传播方向 平面波在单轴晶体中的传播-惠更斯作图法 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 e 光的子波面 肯定不是球面 是什么样呢?,惠更斯作图法,1.确定晶体中次级波源的波面：一个以ot为半径的半球面为o光次波面；另一个与球面在光轴方向相切的旋转椭球面为e光次波面，它与光轴垂直的那个半轴长为et,2.确定晶体中o光、e光的折射波面：过 作球面的切面 和椭球面的切面 ，这两个平面就是界面 上各点所发出的

8、次波波面的包络面，它分别为晶体中o光和e光的折射波面。,3. 确定晶体中o光e光的传播方向：从A点分别连接折射波面与子波波面的切点 与 ，则连线 与 就分别表示晶体中的o光和e光的传播方向。,平面波通过厚度均匀的方解石晶片传播的几种特殊情况：,尼科耳棱镜,光轴在ACNM平面内方向与AC成480，入射面取ACNM面,两块特殊要求加工的直角方解石，如图：,加拿大树胶的折射率n=1.55，O光入射角大于其临界角arcsin(1.55/1.658)=69012，被全反射，在CN处为涂黑层所吸收。,出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光。,方解石的折射率n0=1.658,ne=1.486,产生偏振光的元件

9、,尼科耳棱镜可用于起偏和检偏,起偏,检偏,波晶片（波片）,将单轴晶体沿其光轴方向切制成厚度均匀的薄片称为波片。,相位延迟器,利用晶体中 和 的差别，使得e光和o光经过相同的路程后产生不同的相位延迟，从而可改变入射偏振光的偏振态，这种器件称为相位延迟器,它包括产生一定相位延迟的波晶片和连续变化相位延迟的补偿器。,波长片,二分之一波长片或半波片,四分之一波片,偏振光通过四分之一波片后的偏振态的变化,y(e),入射光偏振态,经四分之一波片后,说 明,线偏振光经四分之一波片后成为主轴之一在光轴上的正椭圆偏振光,起偏器，,检偏器，,盛有液体旋光物质的管子.,一 旋光现象,对于旋光性物质的溶液,设 为偏振光通过旋光物质后振动面所转过的角度,为旋光物质的浓度,为旋光物质的透光长度,为一与旋光物质有关的常量,对于固体旋光物质,（旋光率）为一与旋光物质及入射光的波长有关的有关的常量,（ 一定 ）,叫韦尔代常量,二 旋光物质的分类,1）右旋物质 面对着光源观察，使光振动面的旋转为顺时针的旋光物质.（如葡萄糖溶液）,2）左旋物质 面对着光源观察，使光振动面的旋转为逆时针的旋光物质.（如蔗糖溶液）,人为双折射现象,某些各向同性介质