29光的横波性与五种偏振态(修正版)

§9光的横波性与五种偏振态1、光的偏振现象与光的横波性光的波动性光的干涉、衍射.光波是横波光的偏振.机械波穿过狭缝（1）横波与纵波（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（3）光波的横波性的检验偏振片原理形象说明通光方向（4）光的五种偏振态1）光是横波，有不同的偏振状态2）光波的五种偏振态：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。人们常以电矢量作为光波中振动矢量的代表，也称其为光矢量（5）起偏器和检偏器起偏器：光通过后使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。偏振片既可作为起偏器，又可作为检偏器。2、自然光在垂直光传播方向的平面上，包含各个方向的光矢量，所有可能的方向上的振幅都相等。(a)自然光的电矢量yx(b)电矢量的分解yxA1A2O各光矢量间无固定的相位关系.二互相垂直方向是任选的.（2）自然光通过偏振片后的光强度若入射的自然光强为：0I旋转偏振片P一周，出射光强均为：021II起偏021I偏振化方向0I起偏器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。振动面符号表示vE3、线偏振光光振动只沿某一固定方向的光。（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，又称为全偏振光。振动面（3）线偏振光通过偏振片后的光强度旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：000III存在一个消光方向,在垂直P的透振方向上（4）一束线偏振光可以分解为两束互相垂直的线偏振光AEyxcosEAtcosAAxsinAAycosxxEAt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。NME0E0cosEE2200IEIE检偏器起偏器0IIE0ENM20cosII马吕斯定律（5）马吕斯定律（1880年）4．部分偏振光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。(a)电矢量yx(b)电矢量的分解yxA1A2O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IP0I（2）部分偏振光通过偏振片后的光强度(3）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。MImI5．圆偏振光振动矢量瞬时值的大小不变，振动方向匀速旋转，振动矢量的端点描绘成一个圆形轨迹。Oxy(2）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。(3）圆偏振光的总光强：2222AAAIyx(4）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，则振动矢量顺时针旋转。/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旋转走向为顺时针方向。（5）圆偏振光通过偏振片后的光强度圆偏振光0IIP旋转偏振片P一周，出射光强不变化021II6．椭圆偏振光在垂直光传播方向的平面上，振动矢量的端点描绘成一个椭圆形轨迹的光。EyxO(2）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0，yxAA/2yExEEyxOA线偏振圆偏振若消去参量方程中的t有：222222cossinyxyxxyxyEEEEAAAA这正是椭圆方程结论：1）椭圆偏振光可以分解为两个互相垂直的线偏振光。2）可以由这两束线偏振光来代替这束椭圆偏振光。（3）椭圆偏振光的总光强：mMIII（4）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（5）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yx222222cossinyxyxxyxyEEEEAAAA消参后：各种相位差对应的椭圆运动，。线偏振和圆偏振是椭圆偏振的两种特殊形式（6）椭圆偏振光通过偏振片后的光强度椭圆振光0IIP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（1）自然光能够分解成两束线偏振光1）分解的方向可以任意，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）两束线偏振光的没有稳定的相位差。4）可以用分解成的两束线偏振光代替这束自然光7、小结（2）部分偏振光能够分解成两束线偏振光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）两束线偏振光的相位差不稳定。3）可以用分解成的这两束线偏振光代替这束部分偏振光（3）线偏振光和圆偏振光可看成椭圆偏振的两种特殊形式。（4）自然光和线偏振光可看成部分偏振光的两种特殊形式。60例1有两个偏振片,一个用作起偏器,一个用作检偏器．当它们偏振化方向间的夹角为时,一束单色自然光穿过它们,出射光强为；当它们偏振化方向间的夹角为时，另一束单色自然光穿过它们,出射光强为,且.求两束单色自然光的强度之比.301I2I21II解设两束单色自然光的强度分别为I10和I20.经过起偏器后光强分别为和220I210I经过检偏器后30cos22101II60cos22202II3160cos30cos22201021IIII例2在两块正交偏振片p1,p3之间插入另一块偏振片p2，光强为I0的自然光垂直入射于偏振片p1，讨论转动p2透过p3的光强I与转角的关系.212cosII3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II20cos2I)2π(cos223II202cos2II220223sincos21sinIII2sin81203II0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p2sin81203II若在间变化，如何变化？π2~03I0,2π3,π,2π,03I8,4π7,4π5,4π3,4π03II2p3p1p作业：2、3