大学物理——光的偏振.ppt

,*,光的偏振,8-9,8-9,光的偏振,一,、自然光,和,偏振光,一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的光振,动,。,自然光的表示法：,没有一个方向的,光振动,占,有优势。,1.,自然光,没有优势方向,由于普通光原中单个原子发光的独立性、随机性和间歇性，大量原子发出的光，,没有一个方向的,光振动,占,有优势，,各个方向光,矢量,E,的振幅相等。,振动面：光,矢量,的振动方向与光的传播方向构成的平面。,偏振,:,光,矢量,的振动方向相对传播方向的不对称性。,光矢量,振动面,v,o,H,E,2.,线偏振光和,部分偏振光,偏振方向,:,光矢量 的方向,光矢量只沿一个固定方向振动。,一束,线偏振光,可分解为两束振动方向相互垂直的线偏振光。,E,E,y,E,x,y,x,线偏振光,(,完全偏振光、平面偏振光,),E,播,传,方,向,振,动,面,线偏振光的表示法：,光振动平行板面,光振动垂直板面,部分偏振光,某个方向的,光振动,占,有优势。,部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、,不等幅的,线偏振光。,部分偏振光的表示法：,平行板面的光振动较强,垂直板面的光振动较强,部分偏振光的分解,部分偏振光,自然光,与,线偏振光,的混合。,偏振度：,讨论：,部分偏振光,自然光,完全偏振光,完全偏振光强度,自然光强度,3,、椭圆偏振光和圆偏振光,圆偏振光：光振动方向随时间变化,椭圆偏振光：光振动方向和幅度都随时间变化,光矢量端点的运动轨迹是圆。,光矢量端点的运动轨迹是椭圆。,迎着光传播方向看，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。,圆偏振光,线偏振光,椭圆偏振光,椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光。,椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效为两个具有恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互垂直的线偏振光。,任何两束传播方向相同、频率相等、相位差恒定、振动方向相互垂直的线偏振光叠加时，都将形成椭圆偏振光或圆偏振光。,二,、,起偏和检偏,起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。,检偏：检查入射光的偏振性。,1,、偏振片的起偏和检偏,将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，确定光的偏振性。,透,光,轴,方,向,自然光,偏振片,线偏振光,偏振化方向,线偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化，有消光现象,自然光通过旋转的检偏器，光强不变。,部分偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化。,三、,马吕斯定律,I,0,I,P,马吕斯定律（,1809,）,-,线偏振光的振动方向与检偏器的偏振化方向,之间的夹角。,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,E,E,y,E,x,y,x,P,E,0,E=E,0,cos,检偏器,透射轴,线偏振光振动方向,I,?,P,待检光,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？,讨论,消光,例 在偏振化方向正交的起偏器,M,和检偏器,N,之间，插入一片以角速度 旋转的偏振片,P,，入射自然光强为,试求由系统出射的光强是多少？,偏振片,P,每旋转一周，输出光强有“四明四零”。,（,1,）,4,t,=0,0,360,0,，2,360,0,，3,360,0,时,，,t,=45,0,135,0,225,0,315,0,时，,输出光强为 。,t,=0,0,90,0,180,0,270,0,时，,输出光强为零。,（,2,）,4,t,=180,0,3,180,0,，5,180,0,，7,180,0,时,，,四、布儒斯特定律,-,-,反射光和折射光的偏振,自然光,部分,偏振光,反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化。,部分,偏振光,偏振化程度与入射角和两种介质的折射率有关。,反射光是振动方向垂直于入射面的线偏振光。,起偏振角,布儒斯特角,布儒斯特定律,布儒斯特发现：当入射角等于某一特定值,i,0,时，,且反射光传播方向与折射光传播方向垂直。,自然光,线偏振光,部分偏振光,i,b,(,接近线偏振光,),玻璃片堆,最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光,利用,玻璃片堆,产生线偏振光,方解石晶体,实验一,当一束光入,射到各向同性透明介质表面时：,实验二,o,e,S,S,/,1,、,双折射,现象,五、晶体,的双折射,当一束光入,射到某些各向异性的透明介质表面时：,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,双,折,射,当方解石晶体旋转时,o,光不动，,e,光围绕,o,光旋转,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,一束光,射到各向异性介质后折射成两束不同方向的光的现象。,双折射,现象,r,o,n,1,n,2,i,r,e,(,各向异,性媒质,),自然光,寻常光：,对于晶体一切方向都具有相同的折射率,(,即波 速相同），且在入射面内传播，简称它为,O,光。,寻常光线,(,o,光,)-,遵守折射定律,非常光：,它的折射率（即波速）随方向而变化，并且,不一定在入射面内传播，简称为,e,光。,非常光线,(,e,光,)-,不遵守折射定律,o,光和,e,光都是线偏振光。,2,、,光轴,与主平面,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。,“,光轴,”,是一特殊的,“,方向,”,不是指一条直线。,凡平行于此方向的直线均为光轴。,单轴晶体：只有一个光轴的晶体,双轴晶体：有两个光轴的晶体,方解石、石英、红宝石、冰等。,云母、硫磺、蓝宝石等。,A,B,光轴,102,方解石,晶体,的,光轴,主平面,：,晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。,e,光,光轴,e,光的,主平面,o,光,光轴,o,光的,主平面,o,光的振动,方向,垂直于,o,光的主平面。,e,光的振动,方向,平行于,e,光的主平面。,晶体主,截,面,：,晶面,法,线与晶体光轴构成的平面。,当入射光线在晶体主截,面,内时，,o,光和,e,光的主平面与,晶体主,截,面,重合，这时,o,光和,e,光的振动方向严格垂直。实际上大多数情况下，,o,光和,e,光的主平面夹角都很小，因此,o,光和,e,光的振动方向可认为是垂直的。,主,折射率,:,o,光的传播速率用 表示,其,折射率,用 表示,.,e,光沿垂直于光,轴,方向上的,传播速率用 表示,折射率用 表示。,3,.,尼科耳棱镜,光轴在,ABCD,平面内方向与,AB,成,48,0,，入射面取,ABCD,面,将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率为,n,=1.55,的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。,O,光入射角大于其临界角,arc sin,(1.55/1.658)=69,0,12,，,被全反射,，,在,BD,处为涂黑层所吸收,。,出射光为偏振光,e,光,。,方解石的折射率,n,0,=1.658,A,B,D,C,e,76,0,O,22,0,68,0,48,0,e,六,.,波,片,椭圆偏振光和圆偏振光的,获得,波,片,(,波,晶片,),：,光轴平行表面的晶体薄片。,.,.,.,.,晶,面,光轴,d,o,e,A,o,A,e,光轴,P,d,y,x,线偏振光,光轴,通过厚为,d,的晶片，,o,光,、,e,光产生,光程,差,和,相位差：,振幅关系,从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差,为,的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。,(1),四分之一波片,线偏振光,圆偏振光,线偏振光,线偏振光,从线偏振光获得椭圆或圆偏振光,.,线偏振光,椭圆偏振光,d,y,x,线偏振光,光轴,=3,/2,=,/2,(2),二分之一波片,使线偏振光振动面转过,2,角度,A,0,入,A,0,出,A,入,A,出,A,e,入,=,A,e,出入,光轴,=0,=,偏振光的干涉,8-10,8-10,偏振光的干涉,.,.,.,.,透光轴相互垂直,一,.,偏振光干涉装置,二,.,偏振光干涉的分析,1.,振幅关系,P,2,P,1,C,A,1,A,e,A,o,A,2,o,A,2,e,在,P,2,后，两束光振动方向平行，振幅为：,是一对振幅相等的相干光,通过晶体,C,后,此两束光合成为一束椭圆偏振光,通过,P,2,后,（若,P,1,/,P,2,，则无附加相差,）,2.,相位关系,P,2,P,1,C,A,1,A,e,A,o,A,2,o,A,2,e,相长干涉,相消干涉,若单色光入射,且,d,均匀,屏上,无,干涉条纹,.,若白光入射，晶片,d,均匀，,视场中将呈现一定的色 彩，这种现象称为,显色偏振。,若白光入射，且,d,不均匀，则屏上出现彩色条纹。,若单色光入射,且,d,不均匀,则屏上出现等厚干涉条纹,.,