91光的偏振

第十四章光的偏振下页上页结束返回§14.1自然光和偏振光§14.3反射与折射时光的偏振§14.5光的双折射§14.7旋光现象§14.2起偏和检偏马吕斯定律§14.1自然光和偏振光光波是横波，横波具有偏振性1.线偏振光E播传方向振动面·面对光的传播方向看•线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyExyx•线偏振光的表示法：·····光振动垂直板面光振动平行板面cosEExsinEEy下页上页结束返回没有优势方向自然光的分解一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。yxEEyxIII•自然光的表示法：···2.自然光自然光的光矢量在所有可能的方向上,且振幅E相等.下页上页结束返回部分偏振光的分解部分偏振光•部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光.•部分偏振光的表示法：······平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强··3.部分偏振光某一方向的光振动比与之相垂直方向的光振动占优势的光.下页上页结束返回4.圆偏振光和椭圆偏振光右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光yyxz传播方向/2x某时刻右旋圆偏振光E随z的变化E0偏振面随时间旋转的光为圆或椭圆偏振光.迎着光线看,光矢量顺时针旋转为右旋偏振光.下页上页结束返回起偏器叫偏振片一.偏振片的起偏和检偏1.偏振片···非偏振光线偏振光光轴电气石晶片14.2起偏和检偏马吕斯定律如利用某些物质能吸收某一方向的光振动,而让与这个方向垂直的光振动通过的性质(二向色性)制成起偏器.•检偏:检验偏振光,起偏器也就是检偏器.•起偏:从自然光获得偏振光.•起偏原理:利用某种光学的不对称性.•起偏器:起偏的光学器件.下页上页结束返回自然光I0线偏振光IP偏振化方向(透光方向)021II···2.起偏示意图3.检偏用偏振器件分析、检验光的偏振态.I?P待检光思考：I不变？是什么光I变，有消光？是什么光I变，无消光？是什么光偏振化方向(透光方向)当偏振片旋转时.下页上页结束返回自然光通过旋转的检偏器，光强不变偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化0max0III，02I，——消光I0IP,200EI20cosII马吕斯定律（1809）2202cosEEIPE0E=E0cos二.马吕斯定律下页上页结束返回例14.1P205一光束由线偏振光和自然光混合而成,当它通过偏振片时,发现透射光的光强依赖偏振片透光轴方向的取向可变化5倍,求:入射光束中两成分的光的相对强度.解:设光束的总光强为I，其中线偏振光的强度为I1，自然光为I0通过偏振片后，自然光的光强为I0/2201max2min011cos0251cos902IIIIII线偏振光的光强为:透射光束的最大强度和最小强度比为:21cosI下页上页结束返回解得：1021,33IIII例14.2P206解:至少需要两块理想偏振片如图。设入射光的光强为I0，则透射光光强为：22222000coscos90cossinsin24IIII其中P1透光轴与线偏振光的夹角为，第二块偏振片透光轴与P1透光轴的夹角为90-。要使一束线偏振光通过偏振片后振动方向转过,至少需要让这束光通过几块理想偏振片？在此情况下,透射光强最大是原来光强的多少倍.9090P1E0EP20max4III当,即时，29045下页上页结束返回i=i0时，反射光只有垂直于入射面的光振动.i0——布儒斯特角或起偏角有:i0+r0=90O由且——布儒斯特定律(1812年)21120tgnnni自然光反射和折射后产生部分偏振光•••••••••n1n2iir线偏振光······n1n2i0i0r0·S起偏振角··14.3反射与折射光的偏振1.反射和折射时光的偏振01200tgsinsininnri00cossinir下页上页结束返回2.玻璃片堆起偏和检偏若n1=1.00(空气)，n2=1.50(玻璃)，则：互余空气→玻璃玻璃→空气423350.100.1tg185600.150.1tg1010ii1.起偏当i=i0时)(sin210020riII自然光从空气→玻璃%70II2.检偏...玻璃片堆············i0(接近线偏振光)··················II0下页上页结束返回例14.4P208如图一三棱镜,折射率n=1.50,设光在棱镜中传播时能量不被吸收,问:(1)一束光强为I0的单色光,从空气入射到棱镜左侧界面折射进入棱镜.若要求入射光全部能进入棱镜,对入射光和入射角有何要求？(2)若要求光束经棱镜从右侧折射出来,强度保持不变,则对棱镜顶角有何要求.1Bi01ACi022解:(1)即要求反射光强度为零，并且入射光只能是振动方向平行于入射面的线偏振光。入射角i01为01arctanarctan1.5056.3in(2)只要以起偏角入射,光将全部折射出去,强度保持不变.投射到界面AC的起偏角i02为0211arctanarctan33.71.5in顶角为102010267.42Aiii下页上页结束返回14.5双折射偏振棱镜···方解石oeeo一.双折射的概念1.双折射现象n1n2irore(各向异性媒质)自然光o光e光2.寻常光(o光)和非寻常光(e光)o光:遵从折射定律orninsinsin21e光:一般不遵从折射定律constsinsinerie光折射线也不一定在入射面内.···一束光线进入某种晶体,产生两束折射光叫双折射.下页上页结束返回光光当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石晶体光光当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石晶体光光当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石晶体光光当方解石晶体旋转时，o光不动，e光围绕o光旋转双折射纸面方解石晶体当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。例如，方解石晶体(冰洲石)AB光轴102°光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴.3.晶体的光轴4.主平面和主截面主截面:晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面.109º71º法线入射线主截面如图入射时,入射面就是主截面.光轴下页上页结束返回•光轴光轴主平面:e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面····晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面.一般情况下,o主平面与e主平面是不重合的.实验表明:o光是光矢量与o主平面垂直的线偏振光.e光是光矢量与e主平面平行的线偏振光.当光轴在入射面内时,主截面,o主平面,e主平面都重合.o光•••法线e光法线•••o光e光下页上页结束返回二.惠更斯原理对双折射的解释························vot光轴1.晶体的主折射率，正晶体、负晶体光轴vetvot在双折射晶体中,o光沿各向传播的速度相同,故o波波面为球面;e光沿各向的传播速度不同,e波面为椭球面.两者沿光轴方向传播速度相同.00cno光:e光:eceenn0，ne称为晶体的主折射率,oon下页上页结束返回2.光传播的惠更斯作图法(vevo)正晶体:neno负晶体:neno子波源votvet光轴votvet光轴正晶体(vove)负晶体(vove)子波源(vevo)(vevo)(1)光轴平行晶体表面，自然光垂直入射····eoeo光轴晶体····o,e在方向上虽没分开，但速度上是分开的.以此原理可制成波片.下页上页结束返回(2)光线斜入射光轴平行晶体表面,且垂直入射面.····晶体光轴ir0reo········oΔteΔteoecΔtnrooci0sinsinnreeecisinsin(3)光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射······oe晶体光轴····oe····e方解石光轴··o此时e光的波面不再与其波射线垂直了下页上页结束返回••••o光二.尼科耳棱镜ABCD102ºA(D)B(C)e光光轴48º••76º•68º22ºABCD68º90º自然光在AB面折射为o光和e光,o光以约76º入射到AC的加拿大树胶层上.被AC面全反射.只有e光出射,产生偏振光.由方解石切割再用树胶粘合而成.no=1.658ne=1.486n=1.551o光:69658.1551.190sinsin00innio而i=76º69º,全反射.下页上页结束返回例题2.两尼科耳棱镜的主截面间的夹角由30º转到45º.(1)当入射光是自然光时,求转动前后透射光的强度之比;(2)当入射光是线偏振光时,求转动前后透射光的强度之比.解:尼科耳棱镜出射为振动面在主截面内的线偏振光.主截面即偏振化方向.(1)入射光为自然光夹角为30º时0208330cos2III0208245cos2III23II夹角为45º时所以(2)入射光为线偏振光夹角为30º时0204330cosIII0204245cosIII夹角为45º时所以23II下页上页结束返回