23光的偏振

主要内容：一光的偏振特性二偏振光的产生与检验三偏振光的干涉一、偏振光光的横波性,光的振动矢量(电矢量或光矢量);光的偏振态光矢量在与传播方向垂直的二维空间里的各式各样的振动状态称为光的偏振态。自然光---是无数多个振幅相等、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的光振动之和。Ix=Iy=I0/2光矢量在屏平面内光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面斜交线偏振光(平面偏振光)----光矢量始终沿某一个振动方向。部分偏振光---是无数个没有固定相位关系的方向任意的光振动的组合，不同方向的振幅大小不同。偏振度10;minmaxminmaxPIIIIP自然光P=0.线偏振光P=1椭圆偏振光,圆偏振光----同一方向传播的两列振动方向垂直频率相同并具有相位差恒定的线偏振光的合成。2230102012A22A2443454749回忆注意：圆偏振光和自然光的区别；椭圆偏振光和部分偏振光的区别！椭圆偏振光,圆偏振光可以等效地由同一传播方向的两个振动方向垂直（在垂直传播方向的平面上任意去取向）的线偏振光代替---------对于自然光：这两线偏振光振幅相同频率相同，各光振动之间没有确定的相位关系；对于完全偏振光：这两线偏振光频率相同，分别对于有确定的相位关系.五种偏振态：自然光部分偏振光椭圆偏振光圆偏振光线偏振光有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向平行的光振动通过，这个方向称为偏振化方向.偏振化方向自然光振线偏光偏振片二、偏振光的产生和检验偏振片——偏振光的产生的方法之一自然光通过偏振片后变为线偏振光,称为起偏.偏振片又可用来检验光线的偏振化程度,称为检偏......起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....自然光线偏振光起偏器检偏器偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....自然光线偏振光起偏器检偏器偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....自然光线偏振光起偏器检偏器偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....自然光线偏振光起偏器检偏器偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....自然光线偏振光起偏器检偏器偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化.....自然光线偏振光自然光通过旋转的检偏器，光强不变起偏器检偏器偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化..起偏器检偏器自然光线偏振光马吕斯定律检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角20cosII线偏振光光强I0,透过检偏振器光强I:0EEI00EEIcos0EE例1.用偏振片平行放置作为起偏器和检偏器,在它们的偏振化方向成30º角时,观测一光源;再将夹角改为60º,换一个光源.两次测得光强相等.求两光源照起偏器前的光强之比.解:设两光源照起偏器的光强分别为I1和I2.则起偏器后的光强分别为I1/2和I2/2.设检偏器后的光强分别为I1'和I‘2.依照马吕斯定律,cos21121'1II222'2cos21II依题意I'1=I'2即222121coscosII3175.025.030cos60coscoscos22122221ooII例.一束自然光入射到重叠起来的四片偏振片上,它们的偏振化依次顺时针(迎着投射光看)偏开30º角,.求入射光中有百分之几的光强透过这组偏振片(不计偏振片的吸收).解:设入射光的光强为I0,透过第1、2、3、4片的光强分别为I1、I2、,I3、I4,I1=I0/220212cos21cosIII40223cos21cosIII0066023421.0)23(21cos21cosIIIII可见投射光强为入射光的21%.MM'R'r2n1nBiiiMM'R'2n1nBi光在介质界面反射时有偏振现象,入射角任意时如下图当入射角为一定值时,反射光完全偏振,此时入射角为iB,称为布儒斯特角.2112tgtgninniBB或线偏振光r部分偏振光反射和折射光的偏振——偏振光的产生的方法之二思考题:(1)试计算(iB+r)=?(2)光从介质2入射时,以r为入射角,反射光(在n2中)是否完全偏振?根据12tgnniB及折射定律rninBsinsin21可导出21tgnnr90riB结论：从介质2以入射角r在介质1界面反射光也是平面偏振光Bictg满足布儒斯特角折射起偏--玻璃片堆BiS玻璃片堆可做起偏器1.寻常光和非常光请看现象双折射现象折射现寻常光(o光)、非常光(e光)oe入射光束晶体观察屏ABCDoeoei当晶体旋转时晶体的双折射产生双折射现象的根本原因是晶体光学性质的各向异性.2.光轴、主平面78º78º102º102º102º102º光轴AD天然方解石的晶体上过顶点A、D的三个棱边之间夹角,为102º.晶体的光轴是晶体中的一个方向.光在晶体内沿光轴传播,不发生双折射,方解石中过A、D的光轴与三个棱边成相同角度.光线与过入射点的光轴所决定的平面,称为该光线的主平面.在晶体中分为两束线偏振光,o光振动方向垂直于主平面;e光振动方向在主平面内.ABCDoeoei光轴光轴3.单轴晶体的子波波振面O波面e波面evevovov光轴光轴正晶体负晶体单轴晶体,双轴晶体正晶体,负晶体,oeoennvv;oeoennvv;双折射晶体中,o光传播速度各向同性，在晶体中传播的波面是球面。e光传播速度各向异性，与方向有关,波面为椭球面.其中ve,ne均取垂直于光轴方向的值,ne=c/ve称为e光的主折射率名称none方解石1.65841.4864-0.172电气石1.6691.638-0.031白云石1.68111.5-0.181菱铁矿1.8751.635-0.24石英1.54431.55340.0089冰1.3091.3130.004oenn4.惠更斯原理在双折射现象中的应用iADCNN'光轴GEFoeoe光轴GDBACEFooee光轴DBACoe(a)(b)(c)在(c)的情形中,光轴平行于表面,o光和e光经过晶体并不分开,但是它们在晶体中的光程不同.基于此,可制作特殊的晶片.双折射晶片、椭圆偏振光)(2eonnd自然光线偏振光偏振片P晶片C椭圆偏振光光轴DBoe2波片——获得椭圆偏振光的方法晶片为“四分之一波片”,晶片为“二分之一波片”,)(4eonnd)(2eonnd为什么要加一个偏振片？C'CMM'eEoE线偏振光以=45º经波片(Eo=Ee)时,出射圆偏振光.42）线偏振光经波片时,出射椭圆偏振光.4线偏振光经波片时,出射线偏振光.其振动面转过2角。211）自然光和部分偏振光经过波片后,仍然为自然光或部分偏振光.3)圆偏振光经波片时,出射线偏振光.44)椭圆偏振光经波片时,且波片光轴和与椭圆主轴平行，则出射线偏振光.4波片的性质：偏振光的获得和检验偏振片P玻片旋转检偏器圆偏振光自然光椭圆偏振光部分偏振光线偏振光圆偏振光I不变I变无消光I变有消光旋转检偏器I不变自然光使波片光轴和与椭圆偏振光的轴平行椭圆偏振光有消光I变部分偏振光无消光I变有消光晶片C偏振片P当=2k或(no-ne)d=(2k-1)/2时干涉加强,视场明亮,A2e和A2o是相干光,相位差)(2eonnd=(2k+1)或(no-ne)d=k时干涉最弱,视场变暗.不同频率的光,对于一定的晶片厚度d,有强有弱,视场中显出彩色条纹.因此称为色偏振.CP1P2三、偏振光的干涉自然光线偏振光椭圆偏振光偏振光干涉原理1.光弹性效应实验装置SP1P2dFOO'屏E非晶体E在应力作用下有单轴晶体的性质,沿应力OO'方向为光轴方向.(ne-no)的值与胁强成正比.光弹性方法事例应力较小应力较大人为双折射2.电光效应实验装置电光效应又称克尔效应,非晶体或液体在强电场中会具有双折射性质给克尔盒加电场,屏幕变亮.克尔盒dUklklEnnloe2)(3.磁致双折射实验装置类似电光效应实验,改加磁场.2HCnnoe45º45ºlP1P2CC'克尔盒小结：五种偏振态自然光部分偏振光椭圆、圆偏振光线偏振光可以等效地由同一传播方向的两个振动方向垂直（在垂直传播方向的平面上任意去取向）的线偏振光代替。当入射角满足上式，反射光完全偏振,此时入射角为iB,称为布儒斯特角.12tgnniB马吕斯定律20cosII线偏振光光强I0,透过检偏振器光强I:两条定律布儒斯特定律