偏振的图画-动画讲解

光波：特定频率范围内的电磁波。光矢量(lightvector)：电磁波的电场强度矢量。E电磁波是横波，光矢量振动方向与光传播方向垂直。xuE对传播方向不对称xu对传播方向对称横波纵波§10-3光的偏振腰横扁担进不了城门横波有偏振(polarization)现象纵波无偏振问题通光方向因原子发光的“随机性”，光矢量各向随机均匀分布，振幅相等，称为自然光(naturallight)。EvEyExv各向光振动无固定相位关系。1-1.自然光线偏振光(linearlypolarizedlight)：光矢量只沿一个固定方向振动部分偏振光(partialpolarizedlight)：一方向光振动较另其他方向占优势。线偏振光与自然光的混合。振动面：光振动方向与传播方向构成的平面1-2.偏振光自然光振线偏光偏振片2.偏振片马吕斯定律偏振片(polaroid)：能吸收某一方向的光振动，而只让与之垂直方向上的光振动通过的一种透明薄片。偏振化方向(polarizingdirection)——允许通过的光振动方向。偏振片的用途：“起偏”和“检偏”自然光起偏偏振光检偏偏振光(1)自然光强I0线偏振光强:光强不变无消光20II(2)线偏振光强I0线偏振光强(3)部分偏振光(混合)线偏振光有两次消光现象有两次极大极小马吕斯定律(Maluslaw)光强为I0的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为：20cosIII0I0A1A2AI0I0A1A2Acos01AA21200AIAI,220210cosAAII20cosII00IIπ,当：0I23π,2π当：证明：解:例题已知自然光通过两个偏振化方向相交60°的偏振片，透射光强为I1，今在这两偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方向均夹30°角，则透射光强为多少？oI20II1IIIII4160coscos22114IIIII1212330cos430cosIIII43330cos12III149I偏振片的应用立体电影流水画液晶显示器2n1n0ii900i2n1n★反射和折射的偏振3.反射光、折射光及散射光的偏振性1、反射光为光振动垂直入射面较强的部分偏振光2、折射光为光振动平行入射面较强的部分偏振光线偏振光120000090nniiiiisinsin)cos(sincossintan布儒斯特角(polariztingangle)：120nnitan900i0in1n2布儒斯特定律:(Brewsterlaw)自然光以布儒斯特角入射到两不同介质表面，其反射光为线偏振光，光振动垂直于入射面。玻璃堆0i布儒斯特角线偏振光布儒斯特窗外腔式激光器谐振腔应用举例：激光器谐振腔使用偏振镜拍摄的物品nonemaxminmin偏振镜看出什么效果吗？使用圆偏振镜（CPL）将水面的反光减至最小偏振太阳镜驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。部分偏振光线偏振光xyz自然光空气分子照相机按上偏振镜可以产生不同的效果。★散射光的偏振方解石晶体双折射现象(CaCO3)§12-4光的双折射一.光在晶体中的双折射双折射现象：一束光进入某种晶体后会出现两束折射光的现象。检偏器检验表明：o光和e光都是线偏振光。寻常光线(o光)(ordinaryray)：恒遵守通常折射定律的光线。非常光线(e光)(extraordinaryray)：不遵守通常折射定律的光线。光轴(opticalaxis)在晶体中存在一个特殊的方向，沿该方向不会产生双折射现象，这一方向称为晶体的光轴。包含光轴和某光线的平面称该光线的主平面。主平面(principalplane)o光振动垂直其主平面e光振动平行其主平面主截面(principalsection)包含光轴和晶面法线的平面。入射光在主截面内时两主平面重合单轴晶体(uniaxialcrystal)双轴晶体(biaxialcrystal)方解石石英红宝石云母硫磺蓝宝石o光在晶体中各方向传播速度相同。e光在晶体中各方向传播速度不同。ovevevoveevcnoovcn主折射率(principalrefractiveindex)双折射(birefringence)现象的解释正晶体(positivecrystal)eoeonnvv负晶体(negativecrystal)eoeonnvv晶体none晶体none方解石1.65841.4864石英1.54431.5534电石气1.6691.638冰1.3091.313白云石1.68111.500硝酸钠1.5851.337几种单轴晶体的折射率（对波长为589.3nm的钠光）正晶体：石英、冰负晶体：方解石、电气石、白云石、硝酸钠正晶体负晶体oeoennvvoeoennvviCAB由惠更斯原理解释双折射现象：无双折射现象o光和e光都不折射，但速度和折射率不同，所以两波面并不重合。由惠更斯原理解释双折射现象：利用纳米技术消除双折射的薄膜淀粉双折射马耳它十字条纹（maltesecross）显微镜下小麦淀粉粒图o光、e光的一些性质1.o光、e光传播速度一般不同，但沿光轴方向传播，速度相同（此时无双折射现象）2.o光、e光均为偏振光，但振动面不同o光始终在入射面内，在晶体中o光垂直主平面e光一般不在入射面内，在晶体中e光平行主平面3.入射光线在晶体主截面内时（三者合一），o光垂直e光。这是实际应用中常见的现象4.o光、e光在双折射晶体内部才有意义，射出晶体以后就没有意义了。——弄明白啊主折射率：o光、e光速度相差最大的折射率偏振棱镜(polarizingprism)尼科耳棱镜(Nicolprism)是将天然的方解石晶体按一定的要求加工成两块直角棱镜，然后再用特种树胶把它们粘合起来制成一块斜长方形的光学棱镜。树胶的折射率：55.1n1.658ono光的折射率：1.486ene光的主折射率：oennnoeACNM格兰-傅科棱镜(Glan-Foucaultprism)格兰-傅科棱镜是尼科耳棱镜的改进型。将一块方解石晶体加工成直角长方体，再切成两个楔型，切开的两部分不用树胶粘合，而代以空气层。o光对空气层的临界角：637e光对空气层的临界角：6142i6142637质元参与两个相互垂直的简谐振动，某质元点击放大二.椭圆偏振光和圆偏振光波片两个同频率相互垂直简谐振动的合成：)cos(11tAx)cos(22tAy合成以后为椭圆轨迹方程。1.椭圆偏振光和圆偏振光点击放大)(sin)cos(21221221222212AAxyAyAxoe光轴光轴oe问题：自然光垂直入射双折射晶体表面，投射后为何不能产生椭圆偏振光？AoAe)(coseeevxtAy)(cosooovxtAy偏振光自然光)()()(Δeooevvvvxxxtxt)()()(Δeooevvvvxxxtxteeoo,ncncvveeoo,vvncnc)(Δeonncx)(2πeonnx)(2πΔeonnd2π)(12k正椭圆π)(12k线偏振光动画VB椭圆偏振光(ellipticallypolarizedlight)光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出椭圆轨迹。检偏器旋转一周，光强两强两弱。圆偏振光(circularlypolarizedlight))光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出圆形轨迹。检偏器旋转一周，光强无变化。点击图片放大2.波片)(2πΔeonnd2π)(12k正椭圆π)(12k线偏振光)(eonnd4)12(k2)12(k正椭圆线偏振光)(sin)cos(21221221222212AAxyAyAx四分之一波片的最小厚度：)(4eonnd偏振光通过四分之一波片后出射的是正椭圆偏振光。四分之一波片(quarter-waveplate)：偏振光通过波片后，o光和e光的光程差等于4的奇数倍。4)12()(eoknnd正椭圆偏振光四分之一波片线偏振光振动方向与四分之一波片的光轴方向成45°角时，通过后线偏振光变为圆偏振光。d线偏振光振动方向与四分之一波片的光轴方向的夹角不为45角时，则通过后线偏振光变为椭圆偏振光。d四分之一波片圆偏振光通过四分之一波片后，变为线偏振光，其振动方向与光轴方向成45角。d椭圆偏振光通过四分之一波片后，变为线偏振光，其振动方向与光轴方向的夹角不等于45角。d半波片(half-waveplate)：偏振光通过波片后，o光和e光的光程差等于2的奇数倍。偏振光通过半波片后出射的o光和e光正好反位相，合成后仍是线偏振光，只是振动方向转过了2。212)()(eoknnd线偏振光)(2eominnnd半波片的最小厚度：d全波片：=出射光与入射光相同适当选取厚度d可将线偏振光转化为椭圆偏振光或将椭圆偏振光转化为线偏振光/4波片/4波片/2波片圆偏振镜（CPL镜）。圆偏振镜是由一片线偏振镜（PL）与一片四分之一波片(为特殊双折射材料)，彼此胶合而成。该四分之一波片的光轴与线偏振镜的偏振光振动方向之间成45˚夹角。光线自线偏振镜一端射入为正向，自四分之一波片一端射入为反向。正向射向圆偏振镜的自然光，先后通过线偏振镜和四分之一波片后，即成为圆偏振光。从偏振片P得到的线偏振光经过晶片C后，成为两束相互之间有相位差而振动方向互相垂直的o光和e光。(相位差不等于的整数倍时，构成椭圆偏振光。)椭圆偏振光再穿过一个偏振片A后，由于偏振片只有一个偏振化方向，所以通过偏振片后，这两束互相垂直的同频率、相位差恒定的光，具有了同一个振动方向，因此这两束光成了相干的偏振光。三.偏振光的干涉表示入射偏振光的光矢量，和分别为在平行和垂直于晶体主截面方向上的分量。和表示o光和e光通过偏振片A时,在平行其偏振化方向的分振动，它们就是透过偏振片A的相干光。若为复色光入射时，晶体对不同波长的光干涉条件各不相同，因此在检偏器后应看到不同的颜色，这种情况，我们称之为色偏振(chromaticpolarization)。1A2eA2oA1AeAoA色偏振：当白光照射时，由于偏振光干涉而出现彩色花样的现象。白光入射双折射晶体厚度均匀——单一颜色双折射晶体厚度不均匀——色偏振单色光入射双折射晶体厚度均匀——无干涉条纹双折射晶体厚度不均匀——有干涉条纹色偏振取不同厚度的云母片将它们以各种图案贴在玻璃板上，并将其放在两个用白光照明的偏振片之间，出射光的颜色和亮度会发生变化。旋转上面的偏振片，可呈现彩色斑斓的图案花纹。四.光弹效应与旋光现象有些各向同性的非晶体或液体，受外界的人为因素影响而转变为各向异性，呈现出双折射现象。这种现象称为人为双折射。1.光弹性效应(photoelasticeffect)某些非晶体物质，在力的作用下发生形变时，将失去非晶体的各向同性的特征而具有晶体的性质，从而也能呈现出双折射现象。P1P2··dFSF干涉有机玻璃C应力→各向异性→v各向不同→n各向不同在白光照射下，显示出彩色的干涉图样。l+-4545P1P2克尔盒d不加电场→液体各向同性→P2不透光加电场→液体呈单轴晶体性质，E光轴平行P2透光2.电光效应(electroopticaleffect)(克尔效应)某些各向同性的非晶体或液体等透明物质，在强电场作用下，能变为各向异性而显示双折射现象。3.物质的旋光性(opticalactivity)旋光现象：偏振光在通过某些物质后，其振动面会以光的传播方向为轴转过一个角度的现象。左旋物质(left-handedsubstance)：旋光物质(opticalactivesubstance)：具旋光性的物质石英晶体