光的偏振A.ppt

1、第十四章 光的偏振,下页,上页,结束,返回,14.1 自然光和偏振光,14.3 反射与折射时 光的偏振,14.5 光的双折射,14.7 旋光现象,14.2 起偏和检偏 马吕斯定律,14.1 自然光和偏振光,光波是横波，横波具有偏振性,1.线偏振光,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,线偏振光的表示法：,下页,上页,结束,返回,一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。,自然光的表示法：,2. 自然光,自然光的光矢量在所有可能的方向上,且振幅E相等.,下页,上页,结束,返回,部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光.,部分偏振光的表示法：,3

2、. 部分偏振光,某一方向的光振动比与之相垂直方向的光振动占优势的光.,下页,上页,结束,返回,4. 圆偏振光和椭圆偏振光,偏振面随时间旋转的光为圆或椭圆偏振光.,迎着光线看,光矢量顺时针旋转为右旋偏振光.,下页,上页,结束,返回,起偏器叫偏振片,一. 偏振片的起偏和检偏,1. 偏振片,14.2 起偏和检偏马吕斯定律,如利用某些物质能吸收某一方向的光振动,而让与这个方向垂直的光振动通过的性质(二向色性)制成起偏器.,检偏:检验偏振光,起偏器也就是检偏器.,起偏:从自然光获得偏振光.,起偏原理:利用某种光学的不对称性.,起偏器: 起偏的光学器件.,下页,上页,结束,返回,自然光I0,线偏振光 I,

3、偏振化方向 (透光方向),2. 起偏示意图,3. 检偏,用偏振器件分析、检验光的偏振态.,思考：,I 不变？是什么光,I变，有消光？是什么光,I变，无消光？是什么光,偏振化方向 (透光方向),当偏振片旋转时.,下页,上页,结束,返回,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,消光,I0,I,马吕斯定律（1809）,二. 马吕斯定律,下页,上页,结束,返回,例14.1P205,一光束由线偏振光和自然光混合而成,当它通过偏振片时,发现透射光的光强依赖偏振片透光轴方向的取向可变化5倍,求:入射光束中两成分的光的相对强度.,解:设光束的总光强为I，其中线偏振光的强度为I

4、1，自然光为I0,通过偏振片后，自然光的光强为I0/2,线偏振光的光强为:,透射光束的最大强度和最小强度比为:,下页,上页,结束,返回,解得：,例14.2P206,解:至少需要两块理想偏振片如图。,设入射光的光强为I0，则透射光光强为：,其中P1透光轴与线偏振光的夹角为，第二块偏振片透光轴与P1透光轴的夹角为90- 。,要使一束线偏振光通过偏振片后振动方向转过 ,至少需要让这束光通过几块理想偏振片？在此情况下,透射光强最大是原来光强的多少倍.,当 ,即 时，,下页,上页,结束,返回,i = i0 时，反射光只有垂直于入射面的光振动.,i 0布儒斯特角或起偏角,有: i0+r0=90O,由,且,

5、布儒斯特定律(1812年),自然光反射和折射 后产生部分偏振光,14.3 反射与折射光的偏振,1. 反射和折射时光的偏振,下页,上页,结束,返回,2. 玻璃片堆起偏和检偏,若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，则：,1. 起偏,当i =i0时,自然光从空气玻璃,2. 检偏 .,玻璃片堆,下页,上页,结束,返回,例14.4 P208,如图一三棱镜,折射率n=1.50,设光在棱镜中传播时能量不被吸收,问:(1)一束光强为I0的单色光,从空气入射到棱镜左侧界面折射进入棱镜.若要求入射光全部能进入棱镜,对入射光和入射角有何要求？(2)若要求光束经棱镜从右侧折射出来,强度保持不变,

6、则对棱镜顶角有何要求.,解:(1)即要求反射光强度为零，并且入射光只能是振动方向平行于入射面的线偏振光。入射角i01为,(2)只要以起偏角入射,光将全部折射出去,强度保持不变.投射到界面AC的起偏角i02为,顶角为,下页,上页,结束,返回,14.5 双折射 偏振棱镜,方解石,o,e,一. 双折射的概念,1.双折射现象,n1,n2,i,ro,re,(各向异 性媒质),自然光,o光,e光,2.寻常光(o光)和非寻常光(e光),o光 : 遵从折射定律,e光 : 一般不遵从折射定律,e光折射线也不一定在入射面内.,一束光线进入某种晶体,产生两束折射光叫双折射.,下页,上页,结束,返回,光,光,当方解石

7、晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时， o光不动，e光围绕o光旋转,双 折 射,纸面,方解石 晶体,当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。,例如，方解石晶体(冰洲石),光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴.,3.晶体的光轴,4. 主平面和主截面,主截面: 晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面.,主截面,如图入射时,

8、入射面就是主截面.,下页,上页,结束,返回,主平面:,晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面.,一般情况下, o主平面与e主平面是不重合的.,实验表明:,o光是光矢量与o主平面垂直的线偏振光.,e光是光矢量与e主平面平行的线偏振光.,当光轴在入射面内时,主截面,o主平面,e主平面都重合.,下页,上页,结束,返回,二.惠更斯原理对双折射的解释,1.晶体的主折射率，正晶体、负晶体,在双折射晶体中,o光沿各向传播的速度相同,故o波波面为球面;e光沿各向的传播速度不同,e波面为椭球面.两者沿光轴方向传播速度相同.,o光:,e光:,n0 ，ne 称为晶体的主折射率,下页,上页,结束,返回,2.光传播的惠

9、更斯作图法(ve vo ),正晶体 : ne no,负晶体 : ne no,(ve vo),(ve vo),(1) 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射,o, e在方向上虽没分开，但速度上是分开的.,以此原理可制成波片.,下页,上页,结束,返回,(2)光线斜入射,光轴平行晶体表面,且垂直入射面.,(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,下页,上页,结束,返回,二.尼科耳棱镜,自然光在AB面折射为o光和e光,o光以约76入射到AC的加拿大树胶层上. 被AC面全反射.只有e光出射, 产生偏振光.,由方解石切割再用树胶粘合而成.,o光:,而i =76 69,全反射.,下页,上页,结束,返回,例题2.,两尼科耳棱镜的主截面间的夹角由30转到45.(1)当入射光是自然光时,求转