第十二章-光学3-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,*,第十二章 光学,12-12 光的偏振状态,12-13 起偏和检偏 马吕斯定律,12-14 反射和折射时光的偏振,一、线偏振光,光的干涉和衍射现象不能分辨光波是横波还是纵波，因为这两种波都能产生干涉现象。,光的,偏振现象则清楚地显示了光的,横波性,。,光的偏振也是肯定光是,电磁波,的根据之一。,由于光的偏振，使光的传播又出现了一些新的特点。,沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对称性，即,纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。,横波,的振动相对于传播方向,不是轴对称,的。,波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。,表示该光的振动面就在纸平面内。,表示该光的振动方向垂直于纸平面；,在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向,-,偏振状态,光矢量：,光波的 矢量。,光矢量在传播中始终保持在一个固定平面上振动。,线偏振光（平面偏振光）：,平行,斜交,垂直,y,z,y,z,沿,y,-,z,平面内任一方向振动的线偏振光,两个相互垂直、同频率、,同相位（或相位差为,p,）的,（相干）,线偏振光的,叠加,E,y,E,z,二、自然光,c,E,x,y,z,1、自然光是非偏振光,所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。,光波虽然是横波，但普通光源发出的光是自然光，不是偏振光。,自然光：,大量原子随机发射的光波列的集合，每个光波列的频率、相位、振动方向、波列长度均不同。,2、自然光的分解,一束自然光可分解为两束振动方向,相互垂直,、同频率、,等幅,、,不相干,的线偏振光。,y,z,I,y,=I,z,就各振动方向而言，光强具有,轴对称,分布。,y,x,z,0,y,x,z,0,y,z,y,z,右旋,左旋,传播方向,第十二章 光学,12-12 光的偏振状态,12-13 起偏和检偏 马吕斯定律,12-14 反射和折射时光的偏振,一、起偏和检偏,1、偏振片：,能吸收某一方向的光振动，而只让与之垂直方向上的光振动通过(二向色性)的一种透明薄片。,能把自然光变成为全偏振光,。,偏振器,透光轴,自然光,偏振光,起偏,：,把自然光变成偏振光。,是获得和检验线偏振光的最简单装置。,自然光通过偏振片后即成为线偏振光,，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同。此时的偏振片称为,起偏器,。,偏振片上允许通过光振动的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫,透光轴,。,2、偏振片的偏振化方向,若入射自然光的光强为,I,0,，,其通过偏振片后，光强降为,I,0,/2,。,自然光,通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到不同方向的偏振光。,3、自然光、偏振光、部分偏振光的检验,如果入射的是,线偏振光,，若偏振化方向与线偏振光的振动方向成90角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有,消光现象,。,如果入射的是,部分偏振光,，则转动偏振片时，视场中光强有变化，但不十分明显，,无消光现象,。,偏振片转一周,消光,线偏光,部分偏光,强度变，无消光,自然光,强度不变,透光轴,二、马吕斯定律,光强为,I,1,的线偏振光，透过偏振片,后，透射强度为：,证明：,马吕斯定律,（不考虑偏振片的吸收）,其他情形，,0,I,2,I,1,自然光入射，出射光强为：,I,a,0,消光,消光,(线偏振光入射),例1,已知自然光通过两个偏振化方向相交60的偏振片，透射光强为,I,1,，今在 这两偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方向均夹30角，则透射光强为多少？,解：,例2,一束自然光入射到由四个偏振片组成的偏振片组上，四个偏振片的放置为：每个偏振片偏振化方向相对于前面一片顺时针转过30角，设入射光强为,I,0,，则通过第二片后光强变为,-,，通过第四片后光强变为,-,。,I,1,I,2,I,3,I,4,例3,一束光是自然光和线偏振光的混合光，当它垂直通过一偏振片后，随着偏振片的偏振化方向取向的不同，出射光强度可以变化,5,倍。问：入射光中自然光与线偏振光的强度各占入射光强度的百分比为多少？,解：,式中,I,0,、,I,1,分别为入射光中自然光与线偏振光的强度,由题意：,I,1,=,2,I,0,由马吕斯定律,自然光所占百分比：,线偏振光所占百分比：,第十二章 光学,12-12 光的偏振状态,12-13 起偏和检偏 马吕斯定律,12-14 反射和折射时光的偏振,一、反射光和折射光的偏振,光在两种介质界面上的行为比较复杂。例如传播方向可能改变，能流（即振幅）将重新分配，位相可能突变。下面的讨论表明，在界面上可能还有偏振特性的改变。,在一般情况下，反射光和折射光都是,部分偏振光,。,n,2,n,1,反射光中是垂直入射面的E矢量占优势，在折射光中则是平行入射面的E矢量占优势。,反射光、折射光的偏振化程度随入射角,i,而变。,二布儒斯特定律,当入射角为某角度,i,B,，即满足,时，反射光中只有垂直入射面的矢量而成为线偏振光，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为,布儒斯特定律,。,使反射光成为全偏振光时的入射角,i,B,称为布儒斯特角。,n,2,n,1,当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相垂直，即有,证明：,由折射定律,由布儒斯特定律有：,i,B,i,B,n,1,n,2,自然光,完全偏光,部分偏光,90,o,玻璃片堆,由折射获得偏振光,-,玻璃片堆法,从玻璃片堆透射出来的折射光几乎为线偏振光，其振动面,平行于入射面。,i,B,r,n,1,n,1,n,2,n,2,在任一面上的入射角均为,布儒斯特角,。,三,、应用,例4,当一束自然光在两种介质分界面处发生反射和折射时，若反射光为完全偏振光，则折射光为,光，且反射光和折射光之间的夹角为,。,答案为：部分偏振光，,（或90,0,）,例5,一束平行的自然光，以60,0,角入射到平玻璃表面上，若反射光束是完全偏振的，则透射光束的折射角是,，玻璃的折射率为,。,解：若反射光为完全偏振光，则入射角,i,0,为布儒斯特角。,折射角为：,0,=90,o,-60,o,=30,o,折射率为：,或者，由,将,i,0,=,60,0,代入，得,n=1.73,例12-12,自然光以布儒斯特角由空气入射到一介质表面上，反射光是（）,A，在入射面内振动的完全偏振光；,B，平行于入射面的振动占优势的部分偏振光；,C，垂直于入射面振动的完全偏振光；,D，垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光。,答：C,例12-13,使一光强为I,0,的平面偏振光先后通过两个偏振片P,1,和P,2,，P,1,和P,2,的偏振方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是,和90,o,，则通过这两个偏振片后的光强I是,。,答：C,