华基美-大学物理-波动光学-偏振1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,5.1 自然光和偏振光,一、偏振光(完全偏振光),光矢量,设光矢量沿 z方向传播.,1.,线偏振光,1,z,x,y,0,线偏振光及其表示法,光振动垂直于纸面,振动面,面对光的传播方向看,光振动垂直板面,光振动平行板面,光矢量（）只在一个固定,平面内沿单一方向振动的光,叫线偏振光（也称平面偏振,光）。,光振动方向与传播方向决定,的平面称为振动面.,线偏振光的表示法：,2,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解:,依赖于x,y方向的选取,对线偏振光,E,E,y,E,x,y,x,光的偏振性说明了:,光是横波,3,某一时刻,右旋,圆偏振光 E随 z的变化,传播方向,z,y,x,y,/2,6,圆偏振光:,E,y,领先-右旋,E,x,领先-左旋,两束振动方向相互垂直、位相差 、,传播方向一致、且振幅相等的线偏振光叠加，,就是圆偏振光。,反过来，一束圆偏振光也可以分解为,这样两束线偏振光。,7,椭圆偏振光:,椭圆偏振光的强度是这两束线偏振光强度,的非相干叠加。,椭圆偏振光是两束振动方向相互垂直、,传播方向一致、位相差恒定的,线偏振光叠加而成的。,8,二、自然光（非偏振光）,光源上一个原子一次发出的是一个线偏,振光波列，持续时间约10,-8,秒。,在10,-8,秒的时间内大量波列合成的光波 可以,是偏振的，但是它以完全无规的方式 迅速变,化着。,各原子是独立地、随机地发光的。光矢,量的大小、方向、初位相等等也是随机的。,在我们观察的时间,t内,在哪个方向都,不占优势了，它们对其传播方向形成,轴对称分布。,9,没有优势方向,自然光的分解,平均说来这种大量的振幅相同、振动方向,任意、彼此没有固定相位关系的光振动的,组合叫自然光。,z,x,y,自然光及其表示法,z,x,y,自然光及其表示法,10,Ex 和 Ey无固定关系:,它们是彼此独立的振动,总光强,非相干叠加,没有优势方向,自然光的分解,11,三.部分偏振光,彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的大量,光振动的组合,称部分偏振光，,它,介于自然光,与线偏振光之间。,x,y,z,部分偏振光及其表示法,垂直纸面的光振动较强,在纸面内的光振动较强,部分偏振光的分解,部分偏振光,12,偏振度,描写部分偏振光的偏振程度的物理量是偏振度:,自然光也称为（完全）,非偏振光（P=0）,部分偏振光,可看作是自然光和完全偏振光的,叠加,（0P1）.,完全偏振光（P=1）,以上就是,三种偏振光,五种偏振态.,13,5.2 起偏和检偏,一、起偏,从自然光获得偏振光叫“起偏”，相应的,光学器件叫“起偏器”。,起偏的原理:,都是利用某种形式的不对称性,如,物质的二向色性，,反射和折射，散射，双折射.,偏振片,（Polaroid）,是由自然光获得线偏振光的平面片状器件，,用P表示。,14,偏振片,x,y,z,z,线栅起偏器,入射,电磁波,非偏振光,线偏振光,光轴,电气石晶片,偏振片,是以,利用晶体的二向色性,（对某一方向的光振动有强烈吸收）,起偏.,（如把硫酸碘奎宁的针状粉末定向排在 透明的基片上），,也可以,利用类似于,导电线栅,的作用原理起偏,（如,把富含自由电子的碘附在拉伸的塑料薄膜上）。,15,用偏振片起偏,在忽略偏振片的吸收的情况下,出射光强,16,二、马吕斯定律（Malus law）,线偏振光通过偏振片,P前后的光强关系：,消光,改变,，I 随之改变。,I,0,I,P,P,E,0,E=E,0,cos,17,三.检偏,用偏振器件分析、检验光束的偏振状态,称“检偏”。,偏振片既可“起偏”又可“检偏”。,设入射光可能是自然光、线偏振光,或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？,以光线为轴转动P:,I不变？,I变有消光？,I变无消光？,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？,自然光,线偏振光,部分偏振光,I,?,P,待检光,18,散射光的偏振简介,在入射光的激励下，,媒质分子中的电子,作受迫振动。,它们可视为振动电偶极子，,向周围发射子波.,振荡电偶极子电磁,辐射的强度是不均匀的,它 有一个角分布.,演示:1.起偏和检偏.,2.两块相互垂直的偏振片P,1,P,2,阻挡了,全部光强,若在P,1,P,2,之间再加一块偏振片,P,3,后又怎么样?,(演示),p,I(,),振荡电偶极子电磁,辐射强度的角分布,19,例如沿PB方向,观察到的只是,部分偏振光，,它的偏振度会,随角,改变而变.,天空大气分子,散射的日光就是,部分偏振光,。,在自然光沿Z方向入射,的情况下，P处发出的,偶极辐射在不同方向,可观察到不同的偏振情况。,z,x,p,y,入射自然光,B,散射光,(部分偏振光),散射光,(线偏振光),散射光,(自然光),20,多次散射,，可把方向的不对称抵消，,从而,可消除偏振,。,演示,：光透不过两互相垂直的偏振片,但在其间夹一蜡纸（形成多次散射）,光又可以透过了。,21,5.3 反射和折射时光的偏振,实验表明:自然光在介质表面反射、折射时，,反射光中垂直入射面的分量比例大，,折射光中平行入射面的分量比例大。,n,1,n,2,i,i,r,自然光反射和折射,后产生部分偏振光,n,1,n,2,i,0,i,0,r,0,线偏振光,S,起偏振角,22,入射角,i,变,反射、折射光的偏振度也变，,当,i=i,0,时,反射光只有垂直入射面的分量。,i,0,布儒斯特角,也叫起偏角.,此时，有,i,0,+r,o,=90,O,.,由折射定律有,布儒斯特定律,23,若,n,1,=1.00(,空气)，,n,2,=1.50(,玻璃)。,互余,空气,玻璃,玻璃,空气,=,=,=,=,-,-,42,33,50,.,1,00,.,1,18,56,00,.,1,50,.,1,1,0,1,0,tan,i,tan,i,思考,：如何测量不透明介质的折射率？,在拍摄玻璃窗内的物体时，,如何去掉反射光的干扰？,（透明片）,24,玻璃片堆,要提高反射线偏振光的强度，,可利用玻璃片堆的多次反射。,（演示实验）,i,0,(接近线偏振光),25,