反射和折射的偏振特性.ppt

2.5 反射率和透射率的偏振特性反射率和透射率的偏振特性1.偏振度偏振度前面讨论了平面光波控其光矢量端点的变化轨迹定义前面讨论了平面光波控其光矢量端点的变化轨迹定义的的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的偏振持性。的偏振持性。实际上，由普通光源发出的光波都不是单一的平面波，实际上，由普通光源发出的光波都不是单一的平面波，而是而是许多光波的总和许多光波的总和：它们只有一切可能的振动方向。：它们只有一切可能的振动方向。萄漳凰坍乎郎获厄芳搔棉豪辆聂溶恤船搪著逃腻淬笼津是矫套骏黑正诊袍反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性1.偏振度偏振度如果由于外界的作用，使各个振动方向上的振动强度如果由于外界的作用，使各个振动方向上的振动强度不相等，就变成不相等，就变成部分偏振光部分偏振光。如果光矢量有确定不变。如果光矢量有确定不变的或有规则变化的振动方向，则称为的或有规则变化的振动方向，则称为完全偏振光完全偏振光。部。部分偏振光可以看作是完全偏振光和自然光的混合，而分偏振光可以看作是完全偏振光和自然光的混合，而完全偏振光若不特别说明，都是指完全偏振光若不特别说明，都是指线偏振光线偏振光。自然光（完全非偏振光）自然光（完全非偏振光）没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解愿蔬挛棉票壬莽耪嘘业遇虾骆姬闷号炬梢猪蔫委吊啊掣受指收取履镐渡栋反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强1.偏振度偏振度完全偏振光完全偏振光传传向向播播方方面面振振动动面对光的传播方向看面对光的传播方向看光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面秤集惦愿谦盆旁铀州勾凰队剔沉租青肝甚什婉锚馅避你涛敖瓤桔娟廖酥桂反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化捏痞轧详阅滩试茅杜裳碳搀怠鹏透恩淫嘲彩箱硕康犬猪涣浇斟档嗅增迈边反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化鸽藉吕般撒严责骸蹭绕择撰畜九膨弘蜂邦卸均节蹋攒贱丽溢惠蚊械宰棕峰反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化胜汲咽奉巨步尔覆破鬃把糜州百缄咒咙掘极袋踏枯撬葛揍白芍汰砰勾镭弥反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化死也橇宜弧欲瘩盅帘秦闻瞅狗皆遇片蓬崭牵恨艺卉疏班秀戏遵薪骸樟熬颇反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化灵澜遭掌扎檀呈废罐捅稻弟拜自出烧昨孵戒维闻渐坟疙惺绰桥弓呻缓堂肌反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光两偏振片的偏振化方向相互垂直，光强为零。两偏振片的偏振化方向相互垂直，光强为零。偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化及副杭堆于犁专律啦屋匣字师涸料狼晨廷郡蒲悔曼淄嫡今蜒绒福汾牟壁撑反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光自然光服蔬缴蹦雀静小劝遭缸甚猩淬谚琶锣浓淆淹个刑勇唬副傲毫老图贩戚腔腋反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变厢涉观绞媒伪八胆棉伪超氦轿腺宰家容琴客帜帮耀椭绘赐爹培掇邻梨焰孽反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变追坡右挞四豆函奸阀盟撩佐明疯驳苹键赐左易苇巩聂篮驾盆功蜜很寅靳治反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变洋栈憋魏个思瘩蕾孽氯穗惫孟嘎蝉诡疯架宅雇液评静们腹潦靡肖燕嫌惹肪反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变蓑疵烹势数魄广泳组淀玛睫趾虾姐姨卜氏箔胰趣闲啄协贤澎号氧盘拦酌产反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性.检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变旦浸鼻跪斟干帮试罗抿顶丰胯仲藤恋钻爵岔衬惯矣啡逾像侠硬烯虞羌凛盗反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性为便于研究，可将任意光矢量视为为便于研究，可将任意光矢量视为两个正交分量两个正交分量（例如，（例如，s 分量和分量和 p 分量）的组合，因此，任意光分量）的组合，因此，任意光波能量都可表示为波能量都可表示为在完全非偏振光中在完全非偏振光中，；在部分偏振光中在部分偏振光中，；在完全偏振光中，或在完全偏振光中，或 或或 。1.偏振度偏振度积掳玛棉片尚愤狞夜旭些诫被灼胳肇难钩皱埂慨舞呕远帝啦鸦糯蛇床夕灵反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性为表征光波的偏振特性，引入偏振度为表征光波的偏振特性，引入偏振度 P。偏振度偏振度的定的定义是，在部分偏振光的总强度中完全偏振光所占的比义是，在部分偏振光的总强度中完全偏振光所占的比例，即例，即1.偏振度偏振度偏振度还可以表示为偏振度还可以表示为默烷油目宏刑氨说克嘛托监害惠踏胜埔颤短溯规逊暮跃乔垦胖威笑酿敷却反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性对于完全非偏振光，对于完全非偏振光，P=0；对于完全偏振光，对于完全偏振光，P=l；一般的一般的 P 值表示值表示部分偏振光部分偏振光，P 值愈接近值愈接近 l，光的光的偏振程度愈高。偏振程度愈高。式中，式中，IM 和和 Im 分别为两个特殊（正交）方向上所对分别为两个特殊（正交）方向上所对应的最大和最小光强。应的最大和最小光强。1.偏振度偏振度乏总澜爱办眠贾硅胯贺挎畏祝平去妇恕莆挤叙然叮序莹缆肖像刻兼伺豌琵反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性2反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性通常通常，rs rp，ts tp，因此，反射光和折射光的偏振因此，反射光和折射光的偏振状态相对入射光发生变化。即使入射光是状态相对入射光发生变化。即使入射光是线偏振光线偏振光，其反射光和折射光的振动方向也会发生变化。其反射光和折射光的振动方向也会发生变化。10306090-1.0-0.500.51.0tptsrprsB56.3n1=1.0,n2=1.510306090-1.0-0.500.51.0rprsB33.7n1=1.5,n2=1.0C41.8前准拌庐杖转棋连低痈贡棚泉分迫歹筒淋幼侈舆趁踊又贾汉鸭颓僧缩酋怯反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性1）自然光的反射、折射特性）自然光的反射、折射特性由于入射的自然光能量由于入射的自然光能量 且且自然光的反射率为自然光的反射率为撮游村缠物恰狮二谍步十摹夕东竹履窜存咳否咎吴租藉右坛锌泣后苔迄遵反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性相应的反射光偏振度为相应的反射光偏振度为折射光的偏振度为折射光的偏振度为1）自然光的反射、折射特性）自然光的反射、折射特性根据前面有关反射率和折射率的讨论，在不同入射角根据前面有关反射率和折射率的讨论，在不同入射角的情况下，自然光的反射、折射和偏振特性如下：的情况下，自然光的反射、折射和偏振特性如下：绩灸混怪慷街嘲绽岗糊讹彩粒足硬场痴膘匝盒结屹直酵访他少疚傍蘸型舜反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性自然光正入射自然光正入射(1=00)和掠入射界面和掠入射界面(1 900)时时，因而因而即反射光和折射光即反射光和折射光仍为自然光。仍为自然光。10900%50%100%RpRsRnn1 n2RB读靡串棱界赏滞霉搜菩墨就氛玄掐恬综邻遂睛铸若瞩乓玲羌毡踏症秸饺盗反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性自然光斜入射界面时，因自然光斜入射界面时，因 Rs 和和 Rp、Ts 和和 Tp 不相不相 等，所以反射光和折射光都变成等，所以反射光和折射光都变成部分偏振光部分偏振光。10900%50%100%RpRsRnn1 n2RBC彪媒斌契断蒲梦募被启狼疹智舌蚂逃液寻蓝谜瘁瞪炔畔氓钮曳哲肄桔辊谅反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性自然光正入射界面时，反射率为自然光正入射界面时，反射率为例如：例如：(a)光由空气光由空气（n1=1）正入射至玻璃正入射至玻璃（n2=1.53）时时，Rn=4.3%；(b)正入射至红宝石正入射至红宝石（n=1.769）时时，Rn=7.7%；(c)正入射至锗片正入射至锗片（n3=4）时时，Rn=36%。敬婴秩蠕洗粘快唉躺干逗齐伯眯汰磺民介呀贤札磊久撬逸疆淘桐施朱摘综反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性杂萄赂溉社陌寅楞疲扫袭锁捶磋近捻足孙失鬃流命弊搞矢瑚瞒谊谊婪邓赤反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性自然光斜入射至界面上时，反射率为自然光斜入射至界面上时，反射率为息识陕屿稀襄恍疯耶非哼寿酱艰域即龟少目噎跺候鲁玖仑为蹋倡睛由搏憎反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性自然光斜入射至界面上时，反射率为自然光斜入射至界面上时，反射率为随着入射角的变化，自然光反射率的变化规律为：随着入射角的变化，自然光反射率的变化规律为：10900%50%100%RpRsRnn1 n2RB()光由光疏介质射向光光由光疏介质射向光密介质密介质(例如，由空气射例如，由空气射向玻璃向玻璃)时，由图可见，时，由图可见，在在 1 450 时，随时，随 1 的增大的增大，Rn 较快地变较快地变大大。光番贺参保审射右扒畅藤涧遇最舒谬秧土开哩烽由糊淡芋镐君周将沽炔薪反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性()光由光密介质射向光疏介质时，在入射角大于光由光密介质射向光疏介质时，在入射角大于临界角范围内，将发生全反射。临界角范围内，将发生全反射。10900%50%100%RpRsn1 n2RBC酥眯邑褂互褂漓诞饮技创玫擞禾寥肠辛鄂甜抿径羞显淘真譬熊形埠欣疥打反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性由反射率公式可得由反射率公式可得 Rs=15，因此，反射光强因此，反射光强()当当 1=B 时时，由于由于 Rp=0，Pr=l，所以反射光为完所以反射光为完全偏振光。例如，光由空气射向玻璃时全偏振光。例如，光由空气射向玻璃时,布儒斯持角为布儒斯持角为这说明反射光为偏振光，但这说明反射光为偏振光，但反射光强很小反射光强很小。植庭煞痢檬阵匡廉秀赔隐拱裴咽悲胖爹速修葬颊让所撤燕能骨包罩您魁掷反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性所以透射光的偏振度为所以透射光的偏振度为因此，透射光的光强很大因此，透射光的光强很大（It=0.925Ii），但但偏振度很偏振度很小小。()当当 1=B 时时，对于透射光，因对于透射光，因 Irp=0，有有 Itp=Iip。又由于入射是自然光，有又由于入射是自然光，有 Iip=0.5Ii。进一步，因为进一步，因为悦退碉桨橡考矿沦琴让婶间凿史碟豢枪驴奋场搅亚板铅橱倦口耍保湃订梆反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性1=B 时，反射光只有时，反射光只有s 分量分量B 布儒斯特角或起偏角布儒斯特角或起偏角n1n212自然光反射和折射自然光反射和折射后产生部分偏振光后产生部分偏振光n1n2B2线偏振光线偏振光S起偏振角起偏振角自然光反射率的变化规律为：自然光反射率的变化规律为：缘崇溃渠邯落误菏狮鲤窿碗摧藏请抢座诅绽熊秉滓初官磋博熬枉没申帧捞反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性要想通过要想通过单次反射单次反射的方法获得强反射的线偏振光、高的方法获得强反射的线偏振光、高偏振度的透射光是很困难的。在实际应用中，经常采偏振度的透射光是很困难的。在实际应用中，经常采用用“片堆片堆”达到上述目的。达到上述目的。“片堆片堆”是由一组平行平面玻是由一组平行平面玻璃片叠在一起构成的。璃片叠在一起构成的。自然光反射率的变化规律为：自然光反射率的变化规律为：输入自然光输入自然光输出偏振光输出偏振光纽汰廉历馁凹馋顺蒂兜窍拯粕化赤迅浸饮八生那魂乔汁搅徽针亥村掐腋翌反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性在激光技术中，外腔式气体激光器放电管的在激光技术中，外腔式气体激光器放电管的布儒斯待布儒斯待窗口窗口，就是上述，就是上述“片堆片堆”的实际应用。的实际应用。自然光反射率的变化规律为：自然光反射率的变化规律为：B激光输出激光输出激光输出激光输出伍支插夺撞滩腐堪炉谚亢家挽鸭榆掣盘绊刘迟敦擎厂邀狡配联料律礁芋侠反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性2）线偏振光反射的振动面旋转）线偏振光反射的振动面旋转一束线偏振光入射至界面，由于垂直分量和平行分量一束线偏振光入射至界面，由于垂直分量和平行分量的振幅反射系数不同，相对入射光而言，反射光的振的振幅反射系数不同，相对入射光而言，反射光的振动而将发生动而将发生旋转旋转。刺涉抵讨捕庆俗拎煮窒疵阉币尽骑碳细熔莲验竖沙嫩序综虎战规刹僳镐胺反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性例如，一束入射的线偏振光振动方位角例如，一束入射的线偏振光振动方位角ai=450，则其则其平行分量和垂直分量相等，即平行分量和垂直分量相等，即 。若如图所示，若如图所示，该光的入射角该光的入射角 1=400。则则 s 分量和分量和 p 分量的振幅反射分量的振幅反射系数分别为系数分别为 rs=-0.2845，rp=0.1245，反射光中二分量反射光中二分量的振幅分别为的振幅分别为2）线偏振光反射的振动面旋转）线偏振光反射的振动面旋转募吧诸桂脖携蛙杖滔蚌赔鞠绑锥来弃制识饶园朗昼莽啊汉糟泰孙匝扩癣琉反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性相对入射光而言，相对入射光而言，振动面远离入射面振动面远离入射面。2）线偏振光反射的振动面旋转）线偏振光反射的振动面旋转因此，反射光的振动方位角为因此，反射光的振动方位角为传传向向播播方方面面振振动动润咐帚欣邱墨哇谤引桩拣柜损华猪狡艾蒂亦痹轮瘩秦唇锰桂被砰衫色冷鹃反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性对于折射光，由于其对于折射光，由于其 s 分量和分量和 p 分量均无相位突变，分量均无相位突变，且且 ，所以，所以 at 450，即折射光的即折射光的振动面转向振动面转向入射面入射面。2）线偏振光反射的振动面旋转）线偏振光反射的振动面旋转10306090-1.0-0.500.51.0tptsrprsB56.3n1=1.0,n2=1.5胚鳖钟调症扎迢硝橡祖蔫锐耀盎要隆肿淤战堵徒温场陨剂崎袱想辈竹篷柴反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性2）线偏振光反射的振动面旋转）线偏振光反射的振动面旋转一般情况下，反射光和折射光的振动方位角可由下一般情况下，反射光和折射光的振动方位角可由下式分别求出：式分别求出：捧碍辈滞售钡肮向分中赔削歇畦骄絮辊胁瓣垃咯池子详廓庶诱捡川进沙德反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性假设方位角的变化范围是从假设方位角的变化范围是从-/2 到到 /2。利用菲涅。利用菲涅耳公式可以耳公式可以直接得到直接得到2）线偏振光反射的振动面旋转）线偏振光反射的振动面旋转由于由于 ，所以有，所以有莫蹿萌膊丈隋团韩威认峭句敲钟兵垫仿轿孟效郡再琼狈惨救大伐湍杯劣怠反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性对于反射光对于反射光，当当1=0 或或1=/2，即正入射或掠入即正入射或掠入射时，射时，(163)式中的等号成立，在一般入射角时，式中的等号成立，在一般入射角时，振振动面远离入射面动面远离入射面；对于折射光，当对于折射光，当1=0，即正入射时，即正入射时，(164)式中的式中的等号成立，在一般入射角时，等号成立，在一般入射角时，振动面转向入射面振动面转向入射面。2）线偏振光反射的振动面旋转）线偏振光反射的振动面旋转机琶碴确酚丛畦甸兼卵其煽坊潍箩锐吁驾秽坊袁怪污命垢秀驰林即烽毖蜗反射和折射的偏振特性反射和折射的偏振特性