L12-光的横波性与五种偏振态

§9光的横波性与五种偏振态1．光的偏振现象1）光的偏振的含义光波振动方向的不全面和振幅不均等的现象称为光的偏振现象第二章波动光学基本原理2）偏振片（1）晶体的二向色性（选择吸收性）（2）偏振片及其透振方向和消光方向（3）偏振片的制造（4）偏振片的起偏和检偏性能2．光的横波性1）机械波的横波性的检验2）光波的横波性的检验3．光的五种偏振态1）光是横波，才有不同的偏振状态2）光波的五种偏振态：线偏振光、自然光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。4．线偏振光1)线偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，只有单一方向的振动矢量，随着时间的推移，振动矢量只改变大小、不改变方向。2)振动面与平面偏振光振动面：线偏振光的传播方向与振动方向构成的平面。同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一振动面上，又称线偏振光为平面偏振光。线偏振光是偏振程度最强的光，又称线偏振光为全偏振光。3）线偏振光通过偏振片后的光强度若入射的线偏振光强为：0I旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：000III线偏振光0IIP存在一个消光方向,在垂直P的透振方向上4）马吕斯定律称上式为马吕斯定律注意：（1）只适用于线偏振光（2）马吕斯定律公式上的三角函数项是平方项。0AAPcos0AA由于：20cosII就有：5）起偏器和检偏器起偏器：任何偏振态的光通过后透射光都变为线偏振光的器件。检偏器：检查入射光偏振态的器件线偏振射光通过此器件后光强变为零。偏振片既是起偏器，又是检偏器。6）一束线偏振光可以分解为两束互相垂直的线偏振光AEyxcos()EAtcosAAxsinAAycos()xxEAtcos()yyEAt0,jEiEyxˆˆ若将带入参量方程消去参量t，0,就有：，这正是直线方程xyxyAAEE结论：（1）线偏振光可以分解为两个互相垂直的相位差为0或的线偏振光，（2）可以由这两束线偏振光代替这束线偏振光。5．自然光1）自然光的定义：在垂直光传播方向的平面上，所有方向均有横振动，各个方向的振动幅度均相等，形成如图所示的轴对称振幅分布。2）自然光通过偏振片后的光强度若入射的自然光强为：0I自然光0IIP旋转偏振片P一周，出射光强均为：021II3）试证明自然光通过偏振片后出射光强为入射光强的一半。自然光由无数条非相干的线偏振光组成数密度：单位夹角内包含的线偏振光的条数0)(角内包含的线偏振光的条数：0NP角内包含的线偏振光的总强度：00iNiI入射的自然光的总光强：0200002idiII设偏振片的透振方向与角内线偏振光的夹角为：依据马吕斯定律：20cosII角内的线偏振光通过偏振片后的光强为：202coscosiNiI透过偏振片后自然光的光强变为：02020cosidiI因此有：021II)(cos20i注意：已经将公式中的改写为6．部分偏振光1）部分偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，所有方向均有横振动，但不同方向的振动幅度不相等，形成如图的振幅分布。2）部分偏振光通过偏振片后的光强度若入射的部分偏振光强为0I旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：与的振动方向互相垂直MImIMmMIIII，没有消光现象出现部分偏振光IP0I3）部分偏振光的总光强mMIII4）偏振度：mMmMIIIIP时，，为自然光MImI＝0P时，，是线偏振光1P0mI注意：与是所有线偏振光在这两个互相垂直方向上的投影分量的非相干叠加。MImI7．圆偏振光1）圆偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，只有单一的振动矢量，振动矢量的大小不变，振动方向匀速转动，振动矢量的端点描绘成一个圆形轨迹。Oxy2）圆偏振光通过偏振片后的光强度若入射光强为：0I圆偏振光0IIP旋转偏振片P一周，出射光强不变化021II3）圆偏振光能够分解成两束互相垂直的线偏振光jEiEEyx/2cos()xEAtcos()yEAtcos()cos()AtiAtjExEyEOxyA若将带入方程，消去参量t/2就有：，正是圆方程。222AEEyx结论：（1）圆偏振光可以分解为两个互相垂直的振幅相等、相位差为的线偏振光。2/（2）可以由这两束线偏振光来代替这束圆偏振光。4）圆偏振光的总光强：2222AAAIyx5）左旋圆偏振光与右旋圆偏振光（1）定义：迎着光线传播方向观看，若振动矢量顺时针旋转就称为右旋圆偏振光，此时：E/2若振动矢量逆时针旋转就称为左旋圆偏振光，此时：E/2（2）证明：若圆偏振光的，则振动矢量逆时针旋转。/2E证明：已知：cos()xEAtcos(2)yEAtttAEx,0yE0tAEx0,yE0txEyEOtt如图所示，由到0ttt旋转走向为逆时针方向。8．椭圆偏振光1）椭圆偏振光定义：在垂直光传播方向的平面上，只有单一的振动矢量，振动矢量的大小和方向不断地改变，振动矢量的端点描绘成一个椭圆形轨迹。EyxO2）椭圆偏振光通过偏振片后的光强度椭圆振光0IIP若入射的部分偏振光强为0I旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：与的振动方向垂直。MImIMmMIIII,没有消光现象出现3）椭圆偏振光能够分解成两束互相垂直的线偏振光jEiEEyxˆˆcos()xxEAtcos()yyEAt02当时，yxAA/2yExEEyxOA若消去参量方程中的t有：222222cossinyxyxxyxyEEEEAAAA这正是椭圆方程式结论：（1）椭圆偏振光可以分解为两个互相垂直的振幅不相等的相位差固定、但不等于或0的线偏振光。（2）可以由这两束线偏振光来代替这束椭圆偏振光。4）椭圆偏振光的总光强：mMIII5）左旋与右旋椭圆偏振光定义：迎着光线传播的方向观看，若振动矢量顺时针旋转就称为右旋椭圆偏振光，若振动矢量逆时针旋转就称为左旋椭圆偏振光。EE6）各种相位差对应的椭圆偏振态图（1）当坐标系为如图所示时（2）参量方程为：cos()xxEAtcos()yyEAtyx（3）就有如下的各种相位差对应的椭圆偏振态图（4）若参量方程用复振幅表示，则为：xxAE~，iyyeAE~。，7）自然光能够分解成两束线偏振光两束线偏振光的关系是：（1）分解的方向可以任意，但两束线偏振光的方向必须互相垂直（2）两束线偏振光的光强相等，均为021II（3）两束线偏振光的相位差随时间变化，不稳定。（4）可以用分解成的两束线偏振光代替这束自然光8）为什么自然光只能由相位差不稳定的两束线偏振光代替。若两束线偏振光之间有稳定的相位差，就能合成线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光，不是自然光了。9）部分偏振光能够分解成两束线偏振光两束线偏振光的关系是：（1）分解的方向可以任意，但两线偏振光的方向必须互相垂直（2）两束线偏振光的光强分别为与MImI（3）两束线偏振光的相位差随时间变化，不稳定。（4）可以用分解成的这两束线偏振光代替这束部分偏振光