大学物理下24光的偏振.pptx

1光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法大学物理大学物理大学物理大学物理（下下下下）第二十章第二十章 光的偏振光的偏振20.1 获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法20.2 双折射双折射3光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法电场强度矢量电场强度矢量在光与物质相互作用的过程中起主要作用，在光与物质相互作用的过程中起主要作用，因此将电场强度矢量称为因此将电场强度矢量称为光矢量光矢量。XYZ光是一种电磁波；光是一种电磁波；电磁波中振动的物理量是变化电磁波中振动的物理量是变化的电场和磁场；的电场和磁场；电磁波是横波；电磁波是横波；光的偏振证明光的偏振证明光是横波光是横波在垂直于光传播方向的平面内，光矢量可能有各种不同的在垂直于光传播方向的平面内，光矢量可能有各种不同的振动状态，这种振动状态通常称为光的振动状态，这种振动状态通常称为光的偏振态偏振态。第二十章第二十章 光的偏振光的偏振4光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法常见偏振态有五种：常见偏振态有五种：1.自然光自然光2.线偏振光线偏振光3.部分偏振光部分偏振光4.椭圆偏振光椭圆偏振光5.圆偏振光圆偏振光1.自然光：自然光：在与传播方向垂直的平面内，光矢量沿各在与传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，并且各方向光矢量的振方向振动的概率均等，并且各方向光矢量的振幅相同，位相无确定的关系。幅相同，位相无确定的关系。20.1 获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法20.1.1 光的偏振态光的偏振态5光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法1.自然光：自然光：在与传播方向垂直的平面内，光矢量沿各在与传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，并且各方向光矢量方向振动的概率均等，并且各方向光矢量的振幅相同，位相无确定的关系。的振幅相同，位相无确定的关系。特点：特点：自然光的图示法：自然光的图示法：6光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法2.线偏振光：线偏振光：光矢量沿一个固定的直线振动。光矢量沿一个固定的直线振动。也称为也称为平面偏振光平面偏振光或或完全偏振光完全偏振光。振动面振动面u线偏振光的图示法：线偏振光的图示法：振动面平行黑板面振动面平行黑板面振动面垂直黑板面振动面垂直黑板面3.部分偏振光：部分偏振光：在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量沿在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，但各方向光矢量的各方向振动的概率均等，但各方向光矢量的振幅不同振幅不同，位相无确定的关系。，位相无确定的关系。7光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法3.部分偏振光：部分偏振光：在与光的传播方向垂直的平面内，光矢在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，但各方向光矢量沿各方向振动的概率均等，但各方向光矢量的量的振幅不同振幅不同，位相无确定的关系。，位相无确定的关系。部分偏振光的图示法：部分偏振光的图示法：特点特点8光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法部分偏振光的图示法：部分偏振光的图示法：特点特点4.椭圆偏振光和圆偏振光：椭圆偏振光和圆偏振光：相当于两个相当于两个相互垂直的相互垂直的光振动的合光振动的合成（成（二者有二者有确定的位相确定的位相关系关系）在与光的传播方向垂直的平面内，在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量按一定的频率旋转，其端光矢量按一定的频率旋转，其端点的轨迹为椭圆或圆周。点的轨迹为椭圆或圆周。右右旋旋椭椭圆圆偏偏振振光光左左旋旋圆圆偏偏振振光光返回返回9光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法起偏和检偏起偏和检偏的的一般方法：一般方法：偏振片偏振片的起偏和检偏的起偏和检偏 反射和折射反射和折射的起偏和检偏的起偏和检偏 晶体的双折射晶体的双折射的起偏和检偏的起偏和检偏起偏：起偏：让自然光通过某装置获得线偏振光的过程叫让自然光通过某装置获得线偏振光的过程叫起偏起偏。检偏：检偏：通过某装置检查某光是否为线偏振光的过程叫通过某装置检查某光是否为线偏振光的过程叫检偏检偏。该装置叫该装置叫起偏器起偏器。该装置叫该装置叫检偏器检偏器。1.偏振片的起偏与检偏：偏振片的起偏与检偏：是在透明薄片上蒸镀一种特殊晶粒，该晶体是在透明薄片上蒸镀一种特殊晶粒，该晶体仅允仅允许某一方向的光振动通过许某一方向的光振动通过,而将与这个方向垂直而将与这个方向垂直的光振动吸收（的光振动吸收（二相色性二相色性），偏振片：偏振片：该方向叫该方向叫偏振化方向偏振化方向。20.1.2 起偏和检偏起偏和检偏10光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法起偏起偏器器检偏器检偏器一般情况下一般情况下 I =？11光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法20.1.3 马吕斯定律：马吕斯定律：当当 =0,1800 时时,I=I0，两个两个光强最大位置光强最大位置 当当 =900,2700 时时,I=0，两个两个消光位置消光位置 当当 为其它值为其它值时时,0II0起偏起偏器器检偏器检偏器偏偏方方返回返回12光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法通过偏振片检查入射的光为哪一种光通过偏振片检查入射的光为哪一种光？光强由光强由 I0 0 I0光强光强发生强弱变化发生强弱变化但但不出现消光位置不出现消光位置自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光I0I0不变不变13光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法思考思考14光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法例例1:1:自然光强度自然光强度 I0，连续通过，连续通过4 块偏振片，相邻两块块偏振片，相邻两块偏振片偏振化方向夹角偏振片偏振化方向夹角30，忽略光的吸收，求：，忽略光的吸收，求：透射光强度。透射光强度。解：解：15光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法光强为光强为 I I0 0 的自然光相继通过偏振片的自然光相继通过偏振片P P1 1、P P2 2、P P3 3，光强变为光强变为 I I0 0/8/8，已知，已知 P P1 1 P P3 3，问：，问：P P1 1、P P2 2 间夹间夹角如何？角如何？解：解：P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例例2 2：16光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法例例3 3：一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的透射光强度的最大值是最小值的 5 倍，求入射光中自倍，求入射光中自然光与线偏振光的强度之比。然光与线偏振光的强度之比。解：解：设自然光强度设自然光强度 I0，线偏振光强度线偏振光强度 I117光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法 20.1.4 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振线偏振光线偏振光布儒斯特布儒斯特 定定 律律部部分分偏偏振振光光垂直入射面垂直入射面振振动的成分多动的成分多平行入射面平行入射面振振动的成分多动的成分多反反射射光光折折射射光光布儒斯特角布儒斯特角返回返回18光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法平行玻璃板上表面的平行玻璃板上表面的反射光是反射光是线偏振光线偏振光上表面的折射角等于上表面的折射角等于 下表面的入射角下表面的入射角通常玻璃的反射率只有通常玻璃的反射率只有7.5%左右，左右，反射光为线偏振光，反射光为线偏振光，但光强较弱；折射光光强较强，但为部分偏振光。但光强较弱；折射光光强较强，但为部分偏振光。怎怎样获得较强的反射线偏振光？样获得较强的反射线偏振光？下表面的反射光下表面的反射光也是也是线偏振光线偏振光19光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法欲使反射光强度增强，可以使用欲使反射光强度增强，可以使用玻璃片堆玻璃片堆当玻璃片足够多时，反射光的强度加强；透射光当玻璃片足够多时，反射光的强度加强；透射光也逐渐变成线偏振光，偏振化方向与反射线偏振也逐渐变成线偏振光，偏振化方向与反射线偏振光的垂直光的垂直。20光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法例例4 4：求：求：解：解：利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。自然光以自然光以 的角由空气入射一折射率为的角由空气入射一折射率为n 的不透明媒质中，的不透明媒质中，若反射光为完全偏振光若反射光为完全偏振光 折射光的性质折射光的性质 折射角折射角 =？该种媒质的折射率该种媒质的折射率 n=？折射光为部分偏振光折射光为部分偏振光21光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振态画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振态例例5：22光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法小结：小结：1 1、光的偏振态、光的偏振态、光的偏振态、光的偏振态（1）自然光：）自然光：（2）线偏振光：）线偏振光：振动面振动面u23光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法（3）部分偏振光：）部分偏振光：2 2、起偏和检偏、起偏和检偏、起偏和检偏、起偏和检偏是在透明薄片上蒸镀一种特殊晶粒，该晶体是在透明薄片上蒸镀一种特殊晶粒，该晶体仅允仅允许某一方向的光振动通过许某一方向的光振动通过,而将与这个方向垂直而将与这个方向垂直的光振动吸收（的光振动吸收（二相色性二相色性），偏振片：偏振片：该方向叫该方向叫偏振化方向偏振化方向。起偏：起偏：让自然光通过某装置获得线偏振光的过程叫让自然光通过某装置获得线偏振光的过程叫起偏起偏。检偏：检偏：通过某装置检查某光是否为线偏振光的过程叫通过某装置检查某光是否为线偏振光的过程叫检偏检偏。24光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法3、马吕斯定律马吕斯定律25光的偏振光的偏振获得线偏振光的方法获得线偏振光的方法4、布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特角布儒斯特角线偏振光线偏振光返回返回26第二十章第二十章第二十章第二十章 光的偏振光的偏振光的偏振光的偏振20.2 双折射双折射光的偏振光的偏振双折射双折射返回返回27动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学20.2.1 光的双折射现象光的双折射现象恒量恒量玻璃玻璃折折 射射 定定 律律方解石晶体方解石晶体光的偏振光的偏振双折射双折射20.2 双折射双折射28寻常光寻常光 非常光非常光方解石方解石晶体晶体两束光折射光中两束光折射光中另一条不遵循折射定律另一条不遵循折射定律-称为称为非常光线非常光线（e 光）光）一条总是遵循折射定律一条总是遵循折射定律-称为称为寻常光线寻常光线（o 光）光）(始终在入射面内始终在入射面内)o 光、光、e 光都是光都是线偏振光线偏振光。（不一定在入射面内）（不一定在入射面内）注意注意：o光、光、e光光只在晶体内部才有只在晶体内部才有意义。意义。光的偏振光的偏振双折射双折射29各向同性媒质：各向同性媒质：各向异性媒质：各向异性媒质：例：石英、方解石、水晶、玉石例：石英、方解石、水晶、玉石例：水、玻璃例：水、玻璃1、媒质的分类：、媒质的分类：20.2.2 对晶体的双折射的分析对晶体的双折射的分析 no=常数常数ne 常数常数可见，在各向异性的媒质内，可见，在各向异性的媒质内，o o 光沿各个方向传播的光沿各个方向传播的速率都相同；速率都相同；e e 光沿不同方向传播的速率不同光沿不同方向传播的速率不同这是产生双折射的这是产生双折射的原因原因光的偏振光的偏振双折射双折射光在媒质中沿各个方向传播的速率相同。光在媒质中沿各个方向传播的速率相同。光在媒质中沿各个方向传播的速率不同；光在媒质中沿各个方向传播的速率不同；不同偏振态的光在媒质中的传播特性不同。不同偏振态的光在媒质中的传播特性不同。302、关于晶体双折射的一些基本概念、关于晶体双折射的一些基本概念光轴光轴:注意：注意：光轴标志一个光轴标志一个特定的方向特定的方向，而不是指哪一条特定，而不是指哪一条特定 的直线。的直线。双轴晶体双轴晶体：云母、蓝宝石云母、蓝宝石单轴晶体单轴晶体：石英、方解石石英、方解石由晶体的光轴与表面法线决由晶体的光轴与表面法线决定的平面称晶体的主截面。定的平面称晶体的主截面。主截面：主截面：AB光轴光轴法线法线晶体中光沿某固定方向传播时，晶体中光沿某固定方向传播时，o、e 光速率相同，光速率相同，无双折射现象。称该方向为晶体的光轴。无双折射现象。称该方向为晶体的光轴。方解石晶体方解石晶体光的偏振光的偏振双折射双折射31主平面：主平面：由光轴与折射光线决定的平面称该光线的主平面由光轴与折射光线决定的平面称该光线的主平面。o光振动方向光振动方向 垂垂直直于于o光光的主平面的主平面。e光振动方向光振动方向 平行于平行于 e光光的主平面的主平面。当光线沿主截面入射时，入射面、当光线沿主截面入射时，入射面、o光主平面、光主平面、e光主平面光主平面、主截面四、主截面四面重合。面重合。oe在晶体内部：在晶体内部：o光光 沿各方向的传播速率相等，任意时刻的子波波沿各方向的传播速率相等，任意时刻的子波波面都是球面；面都是球面；e光光 沿各方向的传播速率不相等。任意时沿各方向的传播速率不相等。任意时刻刻 的子波面是以光轴为轴的旋转椭球面。的子波面是以光轴为轴的旋转椭球面。3 3、惠更斯原理对晶体双折射现象的解释、惠更斯原理对晶体双折射现象的解释返回返回光的偏振光的偏振双折射双折射