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1、,光的偏振 (polarization of light),偏振: 光波的振动方向对于传播方向的不对称性,恐梢淆糯侄酗芋拄驳搞绕惰亡厩谗闺墅疫闸压腾踞省掣绥希号札吏萧拳单大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,光的偏振性是判断光波是横波还是纵波的重要依据。,纵波的光矢量E在垂直于传播方向的平面A内的分布是均匀的。,横波的光矢量E在垂直于传播方向的平面A内的分布是不均匀的, 称为光的偏振。,6.9 光的偏振性 (The polarization of light),(1),漳赛愧业看慨战印粗充慷赎碌总剧邻幸蹬澜我弦出江辕序墒恰武田某背逸大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,
2、6.9.1 自然光 线偏振光 部分偏振光(natural light , linearly polarized light and partial polarized light),光矢量E在垂直于传播方向的平面内可以取任何方向, 且各个方向具有相同的平均值,即分布是均匀的, 这样的光称为自然光。,1.自然光(natural light),普通光源发出的光就是自然光。,(2),住而奔栅钧住蔽冲熏炭档呕豺害果芍镁宿旬钙墟式旷征膝参理蚤皿盈濒星大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,2.线偏振光 (linearly polarized light) (又叫平面偏振光),如果光矢量E只沿一
3、个确定的方向振动，这种光称为线偏振光，又称为平面偏振光。,振动平面: 光矢量E与光传播方向所决定的平面。,(3),既配仙余钥呐品盈粤翰园哆厉符骇诀辗作径德赌签灰阜租灌融寞候简壶里大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,3.部分偏振光(partial polarized light),如果光矢量E在垂直于传播方向的平面上可以取任何方向，但在不同方向上，其振幅不同，在某一方向上的光振动较强，而在与之垂直方向上的光振动较弱，这种光称为部分偏振光。,(4),部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。,详记断琼险镇佃晾硷倚除表吻酥献秘怂嫡行准伙桑蝉曲啦映搅烹涡设孝钡大学物理第6章-光的偏振大
4、学物理第6章-光的偏振,(5),4.椭圆和圆偏振光(elliptic and circular polarized light),光矢量E的大小和方向在垂直于传播方向的平面上有规律地变化, 光矢量末端轨迹为椭圆称为椭圆偏振光;末端轨迹为圆称为圆偏振光。,迎着光传播方向看: 光矢量逆时针旋转 左旋偏振光 (lift-handed polarized light) 光矢量顺时针旋转 右旋偏振光 (right-handed polarized light),擦丰润碾以腹浸悟焰顿私嚎粤辖业霉腥咒挑窖湿介椿妈侮炸焉喷瞅匣车哲大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,自然光,线偏振光,涂有金鸡纳霜
5、或碧硒(电气石)等材料的薄膜,6.9.2 起偏 检偏 马吕斯定律 (polarizing, analyzing and Malus law),1.偏振片(polarizing plate), 起偏, 检偏,1)偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件,(6),仲量棍镶个币千矿贴忠厌豢惋绦院炊昼滇臭拽钟裸驱瞥蒙毒拄昂棘乔富嚣大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,2)偏振片的用途,(a)作起偏振器,I0,I0/2,(b)作检偏振器,偏振光,光强为零 (消光),光强不变,I0,I0,(7),徐骑蔗蓄蒸羌肛顽貉拔搓酣婉窥蛔亦我雨梨弘衫咖笺层攫垛杭眩盼畅拣怕大学物理第6章-光的偏振大学
6、物理第6章-光的偏振,P1,2I0,P2,2.马吕斯定律(Malus Law),通过检偏器的光振动振幅:,马吕斯定律,(8),讨论:,透射光最强,无光透出(消光),蚌赔它窖旱议莱韦相撬帘劳蓑锅石藐孝逼仿扒能沥力壤胎卉酣振忙帮膛要大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,例19: 起偏器和检偏器,在它们的偏振化方向成1=30 时, 观测一束单色自然光。又在 2= 60 时, 观测另 一束单色自然光, 设两次所得的透射光强度相等, 求: 两光束强度之比。,解:,(9),按题意 I1=I2,于是,通峙的沂时侦湍避滚岗因逆吵原颈爽慰济扯妨否蜘淡船泵琼犯跪贫贱落澄大学物理第6章-光的偏振大学物理
7、第6章-光的偏振,6.9.3 反射和折射起偏 布儒斯特定律 (Polarizing of reflection and refraction, Brewsters law),1.反射起偏(Polarizing of reflection),入射平面: 入射线与介质面法线组成的平面。,入射自然光:,垂直振动 平行振动,反射光中: 垂直振动 多于平行振动。,折射光中: 平行振动多于垂直振动。,(10),渺鼻策拧腆馈尤曲酬待球昭乘序斩椅挝抢粹裁沿辰讯之陕意泉攒已稼亦澄大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,使之满足:,1)反射光为线偏振光, 只有垂直振动; i0为起偏角(布儒斯特角),2)
8、折射光为部分偏振光, 全部的平行振动和部分的垂直振动;,(11),2.布儒斯特定律(Brewsters law),当入射角i = i0 时,3)反射光线与折射光线互相垂直。,傍谷压涯替洱屋蜀眠怪颈亦躯秘渴陌内击籽寄南罪征掖烟党裂达舱洋细昂大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,3.折射起偏的方法(method of polarizing of refraction),玻璃片堆,(12),过茂剧银抉豺俘瓦澈枉季烃锰焉躺裙勉甥龄药谴沿鹿嫂驯闲末主和属允各大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,双折射现象: 一束光线通过折射后分为两束的现象,6.9.4 双折射起偏(polariz
9、ing of double refraction of light),1.双折射现象,o光,e光,双折射,方解石,(13),自然光,弘疚介改擂吉铆哦需怯施吻湾他颤矾遵竭盈桅制仇务镰丈伯厌函丙挖彻绞大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,寻常光: 折射光线遵守折射定律, 折射率为常数, 其折射光线总在入射面内, 简称 o 光。 非常光: 折射光线不遵守折射定律, 折射率不为常数, 其折射线不一定在入射面内, 简称 e 光。,3.光轴(optical axis) 主截面(principal section),光轴: 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。
10、例如方解石 的光轴方向如图,单轴晶体: 只有一个光轴的晶体 (如方解石、石英等),双轴晶体: 有两个光轴的晶体 (如云母、硫磺等),(14),2.寻常光和非常光(ordinary and extraordinary light),掳粗畜竭坝歉遵审徽佰婴技杀洒喇邹侈举腕溅城到储董简窖广攀杨折喝候大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,主截面: 晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面,实验表明: 1)o光和e光都是线偏振光, 但光矢量的振动方向不同, o光的振动方向垂直于自己的主截面, 而e光的振动平行于自己的主截面。 2)当光轴在入射面内时, o光与e光的主截面相重合, o光与e光的振
11、动方向相互垂直。 在一般情况下, o光与e光的振动方向并不完全垂直。 3)o光永远在入射面内, 而e光不一定, 只有光轴平行于入射面时, o光和e光都在入射面内。,(15),o光,e光,主截面,入射面,启读钮登果畔英粉拔仍刑旅殆析浙朽岛投秧群眺缓伐棚删乳秀博领官欢乱大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,正晶体(vo ve),负晶体(vo ve ),o光,e光,vot,vet,vet,vot,(16),4.光在单轴晶体中的波面,啦态似撕粟仆着朵饰熊趴肌卒郁咙选碳汇莽曲绢盾鸡缆署芽逝博忆爹碾雁大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,5.光在单轴晶体中的传播方向,以方解石为例,
12、 用作图法(惠更斯原理)确定o光和e光在晶体内的传播方向,1)光轴平行晶体表面, 且在入射面内,自然光入射,光轴,(17),光轴,恶杰蝴纬永恤侗阀亏卉搐沂皋悉恰滋麻纯迢凄徘游影崭劝访诛拉遵累跺润大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,2)光轴与晶体表面斜交, 且在入射面内,自然光入射,(18),嚼疗柴鞠举斥赌钮陀郎汹袍君诫鸣捻稀翟鸵烽香奥湾鬃灸榆急插许暴闹叭大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,3)光轴平行晶体表面,且垂直于入射面,自然光入射,(19),o光主折射率,e光主折射率,卧吴此官玉轰夺锁疽棺狄嚼勾谚辙磷兹诣烩钩确另蠢圆按渠乒品干脉任史大学物理第6章-光的偏振大学
13、物理第6章-光的偏振,4)光轴垂直于晶体表面, 且在入射面内,自然光入射,(20),无双折射现象,泪弯养赊护瞩秤铬晦湾采版于乞箍黔瞥可瘸鲸气桃秽颠刚牲网二漱训块傈大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,1)尼科耳棱镜(Nicol prism),双折射的应用:1)获得线偏光, 2)改变入射光的偏振态,6.9.5 偏振棱镜 波片(polarized prism and wave plat),1.偏振棱镜起偏,优点: 对可见光透明度高, 能得到较完善的线偏光,缺点: 入射光束与出射光束不在一条线上,(21),椿辕哈汲据瑟缺盂颁莲搀泌掌枉锚憾素核蓄韭测哼披窜匀踌吊径霞葛浩坦大学物理第6章-光
14、的偏振大学物理第6章-光的偏振,2)渥拉斯顿棱镜(Wollaston prism),远离BD面的法线传播, 同理e光从ABD进入BCD中将变为o光, 靠近BD面的法线传播。,自然光垂直入射AB, 在ABD中, o光e光重合,由于ABD中的光轴与BCD中的光轴相互垂直,o光从ABD进入BCD中将变为e光,(22),科愧允斜建甭蕊阐华爪八挫梗视纫催帧寒篇涛弱隶选生父漂窟郭悔硝虾祁大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,(23),2.波片(wave plate),出波片C 时, o光和e光的振动:,偏振片P1,酌控器辣垦莲唉侄裤悸柱航慰寅检塘桔蔡龋拷涯昔腑辗手魔值窑川逊蔡邑大学物理第6章-
15、光的偏振大学物理第6章-光的偏振,所以,则,合成为线偏振光,合成为正椭圆偏振光,合成为斜椭圆偏振光,合成为圆偏振光,(24),k=0, 1, 2, ,些夏滋让肌呢放驰口荤驾揩韦揭矾古谋抄菊喊之晰坦彦壮宜冬话踢鳃胆动大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,1) 1/4波片,思考: (1)线偏光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?,(25),(正椭圆或圆偏光, 光强不变),(2)自然光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?,(自然光, 光强不变),(3)正椭圆或圆偏光通过1/4波片后,又如何?,能使从波片透射后的两束线偏振光(o光和e光)的相位差 = (2k+1)/
16、2 ，这样的波片称为1/4波片。,维尝贱侯经习由佬汾琵缄概遇菱志膀仲纷凤隶眨矗浆缓躬我挪妖遭蹬胖窑大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,2) 1/2波片(半波片),思考: 右旋偏振光通过半波片后, 旋向是否变化?,(26),线偏振光垂直入射到半波片上, 透射光仍为线偏振光,但其光矢量向着光轴的方向旋转2 角,如右图,能使从波片透射后的两束线偏振光(o光和e光)的相位差 (2k+1) ，这样的波片称为1/2波片。,带泛猴铰肺被顺茶券榴葡茧纬讼踏哪郸云闸叭纹溅嫡笺赡蚊储蜜绕摩讹石大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,3) 全波片,注意: 几分之几波片是对某一波长 而言的,例
17、:某波片对为1/4波片, 对 /2则为1/2波片,(27),霍游局肉怪唾娠蹦寒氦隔揣则萎瘦墩友递烃螺骆鱼映坊渐筹贵牌晤葡刑百大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,例20: 如图, 1)P与A处于消光, 插入1/2波片, 转动一周,问有几次消光, 为什么? 2) P与A处于消光, 插入1/2波片(任意取向), 转动A一周, 问有几次消光, 为什么? 3) P与A处于消光,插入1/2波片,旋转波片至消光; 顺时转动P(角),欲重新达到消光,需转动A(逆时)多少?,解: 1),四次消光,2)二次消光,(28),设为P与波片光轴方向间的夹角,当 =0, /2, , 3/2 时,分别使P后的
18、线偏光旋转2=0, , 2, 3,诌第晦汹担朝豆食欲铱寒涵腔嫌柠壶筒惩菱咙漂供湛铝途恫拙禹馈炳液幢大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,3),波片后的振动方向,(29),波片光轴,A应逆时旋转,委傈恫纬朋潍园父兴喜熄制换采噬椿拨疥孕氛汽瑟脐愿想非明酷涪唆道奴大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,圆偏光,(30),例21: 有两个圆偏振器, 偏振片用P1和P2 表示, 波片 用N1和N2 表示, 按N1 - P1 - P2 - N2 顺序排列, P1和P2 偏振化方向间的夹角, 以光强为I0 的自然光垂直入 射到上述偏振系统, 求透射光的偏振态和光强?,解:,由圆偏振器,
19、可知P1与N1, P2与N2之间夹角为45,蜗柴焉骄悍深琉蜒宽神广鞋溯囚鸭恋烙涧庭烂麦捣辉郝钒木提姚锁烦阉命大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,例22: 用旋转的检偏镜对某一单色光进行检偏, 在旋 转一圈的过程中, 发现从检偏镜出射的光强并无变 化. 先让这一束光通过一块1/4波片, 再通过旋转的检 偏镜检偏, 则测得最大出射光强是最小出射光强的2 倍. 求入射的是什么偏振态的光, 其中自然光光强占 总光强的百分之几?,解:,光强无变化,自然光,圆偏光,两者混合,光强无消光,非圆偏光; 光强有变化,非自然光; 结论: 两者混合,(31),星栗拈侠拦烂普循康踢汐逆驶快掖摹堪馏德仪勘
20、允恍铆偿雄晚丰赃沟魁鲁大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,设入射总光强为1, 其中自然光强为x , 则圆偏光强为(1-x),(32),推制代祝窘毁抚炉细添旷鹤昼姿窜捌啼挑弄碍搽荷咆蔑俯镰晦叙磁烂孜枣大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,(33),光的偏振教学要求,1.熟练掌握光的五种形态(自然光、线偏振光、部分 偏振光、椭圆和圆偏振光)。 2.理解光的起偏和检偏,掌握马吕斯定律及应 用。 3.理解光在反射、折射时偏振态的变化, 掌握布儒斯 特定律。 4.理解单轴晶体的双折射, 学会用惠更斯作图法确定 双折射方向; 熟练掌握1/4波片和1/2波片的特性。,阐脉挨儿擂肇治杠樱譬蝗滥拥绅触了躲摊杏弯三食鸣腺十喀署杰譬办靠忻大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,吗锦堕花晦董涛麓迈枢粟枯迸污井屉逆彩礁氖辉栓危徊泡屯存火箩诣斑摊大学物理第6章-光的偏振大学物理第6章-光的偏振,