大学物理第13章光的偏振.pptx

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,2019/12/30,DUT 余 虹,#,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,1,第,13,章 光的偏振,13.1,光的偏振状态,13.2,起偏与检偏,13.4,椭圆（圆）偏振光,13.3,光的双折射,13.5,偏振光的干涉,13.6,旋光效应,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,2,13.1,光的偏振状态,自然光,偏振光,1,、线偏振光,2,、圆偏振光,3,、椭圆偏振光,自然光,+,偏振光,=,部分偏振光,1,、部分线偏振光,2,、部分圆偏振光,3,、部分椭圆偏振光,返回,2,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,3,1,、线偏振光,振动面,u,右旋椭圆偏振光,2,、椭圆偏振光和圆偏振光,（平面偏振光）,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,4,3,、自然光,特点：,（,1,）在垂直光线的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等,.,（,2,）可以看成由两个振动方向相互垂直，振幅相等，互不相干线偏振光的叠加。,X,Y,Z,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,5,4,、部分偏振光,I,o,总 光强,I,P,偏振光的光强,I,n,自然光的光强,I,P,=0,P,=0,自然光,I,n,=0,P,=1,偏振光,偏振度,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,6,一、偏振片的起偏与检偏,起偏,器,检偏器,一般情况下,I,=,？,13.2,起偏与检偏,返回,2,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,7,二、马吕斯定律,I,0,I=I,0,cos,2,A,=,A,0,cos,I,=I,0,cos,2,=I,M,cos,2,：,损耗系；,I,M,：旋转,P,，观察到的最大光强。,P,I,考虑其,他损耗,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,8,P,3,既不与,P,1,垂直，也不与,P,2,垂直。自然光连续通过三个偏振片后光强不为零。,你能说明为什么吗,？,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,9,偏振光,布儒斯特角,反射光,垂直入射面振动的成分多。,折射光,？,部分偏振光,布儒斯特 定 律,三、反射和折射光的偏振,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,10,已知：平行玻璃板上表面反射光是偏振光,.,？,注意：上表面的折射角等于下表面的入射角,通常玻璃的反射率只有,7.5%,左右，要以反射获得较强的偏振光，你有什么好主意？,问：下表面的反射光是否也是偏振光？,！,=,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,11,玻璃片堆,如何检验偏振度？,返回,26,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,12,例题,：,画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,13,光强为,I,0,的自然光相继通过偏振片,P,1,、,P,2,、,P,3,后光强为,I,0,/8,，已知,P,1,P,3,，问：,P,1,、,P,2,间夹角为何？,解 分析,P,1,P,2,P,3,I,0,I,3,=,I,0,/8,P,3,P,1,P,2,I,1,I,2,例题,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,14,一、双折射现象,各向同性媒质：在其中传播的光，沿各个方向速度相同。,各向异性媒质：在其中传播的光，沿不同方向速度不同。石英、方解石、水晶、玉石,e,o,双折射现象,遵守,寻常光,（,o,）,n,o,不遵守,非常光,（,e,）,n,注意,：,寻常、非常指光在折射时 是否遵守折射定律，,o,光、,e,光也只在晶体内部才有意义。,13.3,光的双折射,返回,2,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,15,二、光轴 主平面 主截面,主截面,由晶体的光轴与表面法线决定。,主平面,由光轴与光线决定,。,o,光振动,垂直于,o,光,的主平面,。,e,光振动,平行于,e,光,的主平面,。,光轴,晶体中的方向，沿此方向,o,、,e,光速度相同,无双折射。,单光轴晶体,：,石英、方解石,双光轴晶体,：,云母、黄玉,o,e,当入射面和主截面重合时,o,光、,e,光,的主平面、主截面三者重合。,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,16,v,0,三、主速度、主折射率,沿光轴方向,e,、,o,光速度相同,负晶体,正晶体,v,o,、,v,e,称晶体的,主速度,，相应的折射率,n,o,、,n,e,称晶体的,主折射率,.,v,e,v,e,v,o,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,17,玻璃,四、利用双折射获得线偏振光,1,、格兰汤姆孙棱镜 （偏光镜,）,吸收涂层,方解石,Z,o,光几乎不改变方向；,可以由,计算出,e,光的全反射临界角,e,光在方解石界面上全反射后被吸收。,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,18,前一半,2,、沃拉斯顿棱镜（偏光分束镜）,方解石,n,o,n,e,o,光,e,光,e,光,后一半,o,光,注意,：,光在两块方解石 中都是垂直光轴传播。,折射角小于入射角,折射角大于入射角,Z,Z,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,19,对,o,光和,e,光的吸收有很大差异。,电气石,Z,1mm,厚的电气石可将,o,光吸收净，,e,光却有剩余,可制成偏振片。,3,、二向色性晶体,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,20,主截面,一束线偏振光垂直射入一块方解石，入射前光矢量方向与晶体的主截面成,30,o,角，求：在方解石中,o,光、,e,光的光强之比。,例题,解：垂直射入,主截面、主平面共面,A,o,30,o,A,e,A,若入射光振幅,A,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,21,例题,用方解石切割成正三角形截面的棱镜，自然光以,i,角入射，定性画出,o,光、,e,光的振动方向，传播方向。,解：方解石,负晶体,垂直 光轴方向,v,e,v,o,光轴,o,光,e,光,i,e,光,o,光,注意：,o,光、,e,光只在晶体内部才有意义！,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,22,一、波片与相位延迟,波片特点,光轴平行表面。,光束垂直表面入射，,o,光、,e,传播方向相同、速度不同,光程差,对确定波长而言！,13.4,椭圆（圆）偏振光,出射光附加相位差,返回,2,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,23,二、椭圆偏振光与圆偏振光,Z,在前表面相位相同,圆偏振光,其他,斜椭圆,线偏振光,线偏振光,Z,到后表面相位差：,正椭圆偏振光,思考：,自然光入射，出射光偏振状态如何,？,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,24,三、利用波片改变偏振光的偏振状态,线偏振光,半波片,线偏振光,线偏振光,四分之一波片,椭圆偏振光,圆偏振光,（振动方向跨光轴转过,2,）,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,25,圆偏振光,自然光,椭圆偏振光,部分 偏振光,光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置,四分之一波片,P,I,M,0,旋转,P,旋转,四、区分不同偏振状态的光,I,0,I,0,I,0,I,0,I,M,0,I,M,I,m,To12,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,26,单色光入射,白色光入射,P,1,同频率,E,o,E,e,E,o,E,e,1,、晶片厚度均匀，视场一片均匀,。,晶片,C,P,2,2,、晶片厚度不均匀，视场出现干涉条纹。,1,、晶片厚度均匀，由于不同波长的光干涉结果不同，视场显示一定色彩。,2,、晶片厚度不均匀，视场出现彩色条纹。,色偏振,13.5,偏振光的干涉,返回,2,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,27,P,1,P,2,P,1,P,2,Z,垂直,C,表面,排除双折射的干扰,。,I,=,0,I,迎着光看，随着空间传播，光矢量,顺 时针,转,右,旋,旋光物质,逆时针,旋转,左旋,旋光物质,石英、氯霉素（人工）、葡萄糖。,石英、氯霉素（人工 天然）、果糖。,一、旋光现象,13.6,旋光效应,返回,2,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,28,二、旋光本领,前表面,溶液旋光本领,c,溶液的浓度,旋光物质,后表面,固体旋光本领,单位,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,29,三、磁致旋光,迎着光看：,沿,B,振动面,右,旋,；逆,B,振动面,左,旋,。,=45,o,可制成光隔离器！,P,铅玻璃、二硫化碳、汽油等在磁场中呈旋光性,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,30,不加电场 液体各向同性,P,2,不透光。,加电场 液体呈单轴晶体性质（,Z/E,）,（,k,克尔常数,）,二次电光效应,克尔盒相当于半波片,P,2,透光最大,当,13.7,人工双折射,P,1,一、克尔效应（,1875,年）,克尔盒,P,2,-,+,硝基苯,高速光开关,光调制器,有毒，纯度要求高,d,返回,2,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,31,二、泡克尔斯效应,(1893,年,),线性电光效应,不加电场,单轴晶体,P,2,不透光,三、液晶,电控双折射效应,未加电场,加电场,加电场晶体变双轴晶体原光轴方向附加了双折射效应,P,2,透光。,半波片,泡克尔斯盒,磷酸二氢钾,P,1,P,2,电光晶体,2025/4/10 周四,DUT 余 虹,32,作者,余 虹,