物理光学课件：7-1偏振光概述

1、1,第十四章 光的偏振和晶体光学基础,光的偏振（Polarization of light）现象的发现 偏振现象的意义（说明了光的横波性） 偏振现象与晶体（Crystal）,2,第一节 偏振光概述,一、偏振光与自然光（Polarized light and Natural light）,1、自然光：,大量原子发光的统计效果构成了自然光,方向无规律 相位无规律,3,2、偏振光（Polarized light）： 光矢量的方向和大小有规则变化的光 线偏振光（Linearly polarized light）：光矢量方向不变，其大小随位相变化。 圆偏振光（Circularly polarized l

2、ight）：光矢量大小不变，其方向绕传播方向均匀转动，且矢量末端轨迹为圆。 椭圆偏振光（Elliptically polarized light）：光矢量大小和方向都在有规律地变化，且矢量末端轨迹为椭圆。,4,偏振光方程：,5,1）线偏振光 (Linearly polarized light) 振动平面： 光矢量与传播方向组成的平面称为线偏振光的振动平面。,6,右旋,2) 圆偏振光(Circularly polarized light),7,3) 椭圆偏振光 (Elliptically polarized light),左旋 右旋,8,3、部分偏振光( Partially polarized

3、light) 自然光在传播过程中，由于外界的作用造成振动方向上强度不等，使某一方向上的振动比其它方向上的振动占优势。,Partial polarized light,Natural light,9,表示：部分偏振光=完全偏振光+自然光,完全偏振光 Ip=Imax-Imin,偏振度：,10,二、 偏振光的产生（Production of polarized light）,主要方法：反射和折射、二向色性、散射、双折射,1. Polarization by reflection 2. Polarization by transmission 3. Polarization by dichroism

4、4. Polarization by scattering 5. Polarization by double refraction,11,1、由反射和折射产生偏振光,1）菲涅尔公式：反射波、折射波与入射波振幅比值的关系,x,z,o,E1p,E1s,E1s,E1p,E2s,E2p,入射面xoz 分界面xoy,12,由麦克斯韦方程组和电磁场边界条件推出：,13,公式讨论：,1、由 式（1）知：当光线从光疏介质到光密介质时，,2、由 式（3）知：当 时，,3、由 ， 式（2）（4）知：,14,反射光为线偏振光。振动方向垂直于入射面。 透射光为部分线偏振光。,2）布儒斯特定律( Brewsters

5、Law ),自然光投射到两种不同介质的分界面上时，若入射角满足关系式 ，则反射光中没有振动平行于入射面的分量。,入射角为布儒斯特角，即,15,3）实例（Examples）：,用玻璃片堆获得偏振光,16,偏振分光镜,n3, 制作 原理 n3 膜层厚度 层数,17,（C） 用偏光镜消除了反射偏振光,（A）玻璃门表面的反光很强,（B） 用偏光镜减弱了反射偏振光,18,2、由二向色性产生偏振光 (Polarization by Dichroism),二向色性( Dichroism )：各向异性的晶体对光的吸收本领随波长改变外，还随光矢量相对晶体的方位而改变。,人造偏振片(Polaroid)：,H偏振片

6、和K偏振片,19,腰横别扁担进不了城门,通光方向,20,一束非偏振光入射到气体上，那麽在与入射光束垂直的方向上被散射的光是线偏振光。散射光的振动方向 在光线传播方向的垂直平面内。,3、由散射产生偏振光 (Polarization by scattering),21,三. 马吕斯定律(Malus law)和 消光比(Extinction ratio),如果一入射线偏振光的电矢量振动方向和检偏器的透光轴成 q 角，则通过检偏器之后的光强 I 为：,起偏器（ Polarizer ）：用来产生偏振光的偏振器件。 检偏器（ Analyser ）：用来检验偏振光的偏振器件。,22,自然光(Natural

7、light),验证马吕思定律的实验装置：,起偏器(Polarizer),检偏器(Analyser),光电接收器 (Photoelectric receiver),P1,P2,Ecos,消光比：最小透射光强和最大透射光强之比。,23,实验演示,24,线偏振光的检偏,检偏：用偏振器件检验光的偏振态,I,?,P,待检光,若 I 不变 ？是什么光,若 I 变，有消光 ？是什么光,若 I 变，无消光 ？是什么光,设入射光可能是自然光或线偏振光 或由线偏振光与自然光混合而成的部分偏振光,上述办法能区分出自然光和圆偏振光吗？ 能区分出部分偏振光和椭圆偏振光吗？,25,偏振片的应用, 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。, 制成偏光眼镜，