第12-5光的偏振.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,*,12-5,光的偏振,12-5-1,自然光和偏振光,1,、横波和纵波的区别,偏振,纵波：振动方向与传播方向一致，不存在偏振问题；,横波：,振动方向与传播方向,垂直,，,存在偏振问题,。,定义：,振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振性。,说明：,只有横波才具有偏振现象，偏振现象是横波区别于纵波的最明显的特征。,一、光的偏振性,1,2,、光的偏振性：,对于平面电磁波，电场强度矢量,光矢量的振动方向于传播方向垂直。,光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性，这种,光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为光的偏振性,。,光的偏振性说明光波是横波,2,1,、自然光,各个方向上光振动振幅相同的光，称为,自然光,。,特点：,在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等；,自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个线偏振光，它们振幅相等，没有确定的相位关系，各占总光强的一半。,自然光的表示方法：圆点与短线等距离地交错、均匀地画出。,二、偏振态的分类,3,2,、线偏振光,定义：在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动，则称为,线偏振光,，又称为,平面偏振光,或,线偏振光,。,3,、部分偏振光,定义：光波中不同方向上的光振动振幅不等，在某一方向上振幅最大，而与之垂直的方向上的振幅最小，则称为,部分偏振光,。,特点：部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位差。,偏振光的表示法,部分偏振光的表示法,4,1,、基本概念,普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光的器件称为,起偏器,。,人的眼睛不能区分自然光与偏振光，用于鉴别光的偏振状态的器件称为,检偏器,2,、偏振片,是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能，从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行于该方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件，叫做,偏振片,。这个特定的方向叫做,偏振片的偏振化方向,，用“”表示。,12-5-2,起偏和检偏 马吕斯定律,一、起偏和检偏,5,3,、,起偏器,自然光通过偏振片后成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向一致。,4,、检偏器,用来检验某一束光是否偏振光。,方法：转动偏振片，观察透射光强度的变化。,自然光：,透射光强度不发生变化,6,偏振光：,透射光强度发生变化,部分偏振光,：,偏振光通过偏振片后，在转动偏振片的过程中，透射光强度发生变化。,7,二、马吕斯定律,当线偏振光通过检偏器时，透射光强为,1.,定律,:,8,2.,证明,:,可知,:,3,、讨论,9,注意：,马吕斯定律是对偏振光的无吸收而言的，,对于自然光并不成立,。若是自然光,I,0,，,通过偏振片后，,I,I,0,/2,，,偏振片在这里实际上起着起偏器的作用。,当两个偏振片互相垂直时，光振动沿第一个偏振片偏振化方向的线偏振光被第二个偏振片完全吸收，出现所谓的,消光,现象。,10,例题,1,用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们的偏振化方向成,30,角时，观测一光源，又在成,60,角时，观测同一位置处的另一光源。两次所得的强度相等。求两光源照到起偏器上的光强之比。,解：令,I,1,和,I,2,分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别为,I,1,/2,和,I,2,/2,，按马吕斯定律，在先后观测两光源时，透过检偏器的光的强度为,由题意,得,11,例题,2:,光强调制,在透振方向正交的起偏器,M,和检偏,器,N,之间，插入一片以角速度 旋转的理想偏振片,P,，,入射自然光强为,，,试求由系统出射的光强是多少？,解,:,通过,M:,通过,P:,通过,N:,12,每旋转偏振片,P,一周，输出光强有,“,四明四零,”,。,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。,即,:,13,12-5-3,反射和折射时光的偏振,反射光和折射光均为部分偏振光,;,反射光中垂直于入射面的振动多于平行于入射面的振动,;,折射光中平行于入射面的振动多于垂直于入射面的振动,.,光从折射率为,n,1,的,介质射向折射率为,n,2,的介质，,理论和实验都证明,:,入射角 改变,反射光、折射光中部分偏振的情况也改变,.,i,n,1,n,2,14,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,i,p,i,p,n,1,n,2,90,0,r,1,、,布儒斯特定律,(,反射起偏,),当入射角为某 时,反射光成为振动方向垂直于入射面的完全偏振光,;,折射光仍为部分偏振光,.,由折射定律,:,15,反射光成为振动,方向垂直于入射,面的完全偏振光。,该实验规律可用电磁场理论的菲涅耳公式解释。,得,:,称起,偏振角,或,布儒斯特角,.,例,:,空气到玻璃,(n=1.50),i,p,=56.3,0,;,玻璃到空气,i,p,=,33.7,0,.,16,理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的,7.4%,，而约占,85%,的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。,1.5,1.5,1.5,1.0,1.0,1.0,1.0,为了获得一束强度较高的偏振光，可以使自然光通过一系列玻璃片重叠在一起的玻璃堆，并使,入射角为起偏角,，则,透射光近似地为线偏振光,。,2,、折射起偏,17,例题,3,：,已知某材料在空气中的布儒斯特角,i,p,=58,0,，求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率为,1.33,），求布儒斯特角？该材料对水的相对 折射率是多少？,解：设该材料的折射率为,n,，,空气的折射率为,1,放在水中，则对应有,所以：,该材料对水的相对折射率为,1.2,。,18,12-6,双折射,天然的方解石晶体是双折射晶体,A,B,1,、,光的双折射现象,一束自然光射向石英、方解石等各向异性介质时，其折射光有两束，这种现象称为,双折射现象,。,19,A,B,2,、,光轴,某些晶体内有一个确定的方向，在这个方向上，,o,光和,e,光的传播速度相同，这个方向称为晶体的,光轴,。,说明：,沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光，仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。,具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。,例如：方解石、石英等。,具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。,例如：云母、硫黄等。,光轴,20,若,沿光轴方向入射，,o,光和,e,光具有相同的折射率和相同的波速，因而无双折射现象。,3,、寻常光（,o,光）和非常光（,e,光）,寻常光,：对于晶体一切方向都具有相同的折射率，且在入射面内传播，简称它为,o,光。,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。,o,光振动方向垂直于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。,e,光振动方向平行于该光线（在晶体中）与光轴组成的平面。,若光轴在入射面内，,实验发现：,o,光、,e,光,均在入射面内传播，,且振动方向相互垂直,。,o,e,21,4,、,晶体的主截面,由光轴和晶体表面的法线所组成的平面，称为晶体主截面。例如，方解石的主截面是一平行四边形。,5,、光的主平面,由光轴和晶体内已知光线组成的平面，称为该光线的主平面,。,o,光和,e,光有各自的主平面。,o,光和,e,光都是线偏振光，,o,光的振动方向垂直于自己的主平面，,e,光的振动方向平行于自己的主平面。,当入射光的入射面与晶体的主截面重合时，,o,光和,e,光都在入射面内且振动方向互相垂直。,22,