偏振光PPT课件.ppt

1、光波：光波：特定频率范围内的电磁波。特定频率范围内的电磁波。光矢量光矢量(light vector)：电磁波的电场强度电磁波的电场强度 矢量。矢量。E电磁波是横波，电磁波是横波，光矢量振动方向与光传播方向垂直。光矢量振动方向与光传播方向垂直。xuE对传播方对传播方向不对称向不对称xu对传播方对传播方向对称向对称横波横波纵波纵波腰横扁担进不了城门腰横扁担进不了城门横波有偏振横波有偏振(polarization)现象现象 纵波无偏振问题纵波无偏振问题通光方向通光方向因原子发光的因原子发光的“随机性随机性”，光矢量各向随机均匀分，光矢量各向随机均匀分布，振幅相等，称为布，振幅相等，称为自然光自然光(

2、natural light)。EvEyExv各向光振动无固定相位关系。各向光振动无固定相位关系。1-1. 自然光自然光线偏振光线偏振光(linearly polarized light)：光矢量只沿一个光矢量只沿一个固定方向振动固定方向振动部分偏振光部分偏振光(partial polarized light)：一方向光振动较另其他方向占优势。线偏振光与自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。然光的混合。振动面：振动面：光振动方向与传播方向构成的平面光振动方向与传播方向构成的平面1-2. 偏振光偏振光自自然然光光振振线线偏偏光光2. 偏振片偏振片 马吕斯定律马吕斯定律偏振片偏振

3、片(polaroid)：能吸收某一方向的光振动，而只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。让与之垂直方向上的光振动通过的一种透明薄片。偏振化方向偏振化方向(polarizing direction)允许通过的光振允许通过的光振动方向。动方向。偏振片的用途：偏振片的用途：“起偏起偏”和和“检偏检偏” ” 自然光自然光起偏起偏偏振光偏振光检偏检偏偏振光偏振光(1) 自然光强自然光强 I0线线偏振光强偏振光强 :光强不变无消光光强不变无消光20II (2) 线线偏振光强偏振光强 I0 线线偏振光强偏振光强(3)部分部分偏振光偏振光(混合混合) 线线偏振光偏振光有两次

4、消光现象有两次消光现象有两次极大极小有两次极大极小光强为光强为I0的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为：的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为：20cosII I0I0A1A2AI0I0A1A2Acos01AA 21200AIAI,220210cosAAII20cosII 00II ,当：0I23,2当：解解: : 例题例题 已知自然光通过两个偏振化方向相交已知自然光通过两个偏振化方向相交60的偏振的偏振片，透射光强为片，透射光强为I1，今在这两偏振片之间再插入另一，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向均

5、夹30角，则透射光强为多少？角，则透射光强为多少？oI20II 1IIIII4160coscos22114II III 1212330cos430cosIIII 43330cos12III149I偏振片的应用偏振片的应用立体电影立体电影流水画流水画液晶显示器液晶显示器2n1n0ii900i2n1n3. 反射光、折射光及散射光的偏振性反射光、折射光及散射光的偏振性1 1、反射光为光振动垂直入射面较强的部分偏振光、反射光为光振动垂直入射面较强的部分偏振光2 2、折射光为光振动平行入射面较强的部分偏振光、折射光为光振动平行入射面较强的部分偏振光线偏振光线偏振光120000090nniiiiisins

6、in)cos(sincossintan布儒斯特角布儒斯特角(polarizting angle )：120nni tan900i0in1n2布儒斯特定律布儒斯特定律: :(Brewster law) 自然光以布儒斯特自然光以布儒斯特角入射到两不同介质角入射到两不同介质表面，其反射光为线表面，其反射光为线偏振光，光振动垂直偏振光，光振动垂直于入射面。于入射面。玻璃堆玻璃堆0i布儒斯特角布儒斯特角线偏振光线偏振光布儒斯特窗布儒斯特窗 外腔式激光器谐振腔外腔式激光器谐振腔应用举例：应用举例： 激光器谐振腔激光器谐振腔使用偏振镜拍摄的物品 nonemaxminmin偏振镜偏振镜看出什么效果吗？看出什么

7、效果吗？ 使用圆偏振镜（使用圆偏振镜（CPL）将水）将水面的反光减至最小面的反光减至最小 偏振太阳镜偏振太阳镜驾驶员戴上驾驶员戴上偏振太阳镜偏振太阳镜可以防止马可以防止马路反射光的路反射光的炫目。炫目。 部部分分偏偏振振光光 线线偏偏振振光光xyz自然光自然光空气分子空气分子照相机按上偏振镜可照相机按上偏振镜可以产生不同的效果。以产生不同的效果。 方解石晶体方解石晶体双折射双折射 现象现象(CaCO3 )双折射现象：双折射现象： 一束光一束光进入某种晶体后会出现进入某种晶体后会出现两束折射光的现象。两束折射光的现象。检偏器检验表明：检偏器检验表明： o光和光和e光都是线偏光都是线偏振光。振光。

8、寻常光线寻常光线(o光光)(ordinary ray) ：恒遵守通常折射定恒遵守通常折射定律的光线。律的光线。非常光线非常光线(e光光)(extraordinary ray)：不遵守通常折射不遵守通常折射定律的光线。定律的光线。光轴光轴(optical axis)在晶体中存在一个特殊的方向，沿该方向不会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，这一方向称为产生双折射现象，这一方向称为。包含光轴和某光线的平面称该光线的主平面。包含光轴和某光线的平面称该光线的主平面。主平面主平面(principal plane)o o光振动垂直其主平面光振动垂直其主平面e e光振动平行其主平面光振动

9、平行其主平面主截面主截面(principal section)包含光轴和晶面法线的平面。包含光轴和晶面法线的平面。入射光在主截面内时两入射光在主截面内时两主平面重合主平面重合单轴晶体单轴晶体(uniaxial crystal)双轴晶体双轴晶体(biaxial crystal)方解石方解石 石英石英 红宝石红宝石云母云母 硫磺硫磺 蓝宝石蓝宝石o o光在晶体中各方向传播速度光在晶体中各方向传播速度相同相同。e e光在晶体中各方向传播速度光在晶体中各方向传播速度不同不同。ovevevoveevcn oovcn 主折射率主折射率(principal refractive index)正晶体正晶体(p

10、ositive crystal)eoeonn vv负晶体负晶体(negative crystal)eoeonn vv晶晶 体体none晶晶 体体none方解石方解石 1.65841.4864石英石英1.54431.5534电石气电石气1.6691.638冰冰1.3091.313白云石白云石 1.68111.500硝酸钠硝酸钠1.5851.337几种单轴晶体的折射率（对波长为几种单轴晶体的折射率（对波长为589.3nm的钠光）的钠光） 石英、冰石英、冰方解石、电气石、白云石、硝酸钠方解石、电气石、白云石、硝酸钠正晶体正晶体负晶体负晶体oeoenn vvoeoenn vviCAB由惠更斯原理解释双

11、折射现象：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：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淀粉双折射马耳它十字条纹（maltese cross） 显微镜下小麦淀粉粒图显微镜下小麦淀粉粒图 1. o光、光、e光传播速度一般不同，但沿光轴方向传播，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）速度相同（此时无双折射现象）2. o光、光、e光均为偏振光，但振动面不同光均为偏振光，但振动面不同 o光始终在入射面内，在晶体中光始

12、终在入射面内，在晶体中o光垂直主平面光垂直主平面 e光一般不在入射面内，在晶体中光一般不在入射面内，在晶体中e光平行主平面光平行主平面3. 入射光线在晶体主截面内时（三者合一），入射光线在晶体主截面内时（三者合一），o光垂光垂直直e光。这是实际应用中常见的现象光。这是实际应用中常见的现象4. o光、光、e光在双折射晶体内部才有意义，射出晶体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。以后就没有意义了。弄明白啊弄明白啊主折射率：主折射率：o光、光、e光速度相差最光速度相差最大的折射率大的折射率尼科耳棱镜尼科耳棱镜(Nicol prism) 是将天然的方解石晶体按一定的要是将天然的方解石

13、晶体按一定的要求加工成两块直角棱镜，然后再用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特种树胶把它们粘合起来制成一块斜长方形的光学棱镜。斜长方形的光学棱镜。树胶的折射率：树胶的折射率：55. 1n1.658ono光的折射率：光的折射率：1.486ene光的主折射率：光的主折射率：oennnoeACNM 格兰格兰-傅科棱镜是尼科耳棱镜的改进型。将一块方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。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：光对空

14、气层的临界角：637e 光对空气层的临界角：光对空气层的临界角：6142i6142637质元参与两个相互质元参与两个相互垂直的简谐振动，垂直的简谐振动，某质元质元点击放大两个同频率相互垂直简谐振动的合成：两个同频率相互垂直简谐振动的合成：)cos(11tAx)cos(22tAy合成以后为合成以后为椭圆轨迹方程。椭圆轨迹方程。点击放大)(sin)cos(21221221222212AAxyAyAx o e光轴光轴光轴光轴 o e问题：问题：自然光垂直入射双折射晶体表面，投射后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？为何不能产生椭圆偏振光？AoAe)(coseeevxtAy)

15、(cosooovxtAy偏振光偏振光自然光自然光)()()(eooevvvvxxxtxt)()()(eooevvvvxxxtxteeoo,ncncvveeoo,vvncnc)(eonncx)(2eonnx)(2eonnd2)(12 k正椭圆)(12 k线偏振光动画VB椭圆偏振光椭圆偏振光(elliptically polarized light) 光矢量端点在垂直于光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘光传播方向的截面内描绘出椭圆轨迹。检偏器旋转出椭圆轨迹。检偏器旋转一周，光强两强两弱。一周，光强两强两弱。 圆偏振光圆偏振光(circularly polarized light) 光矢量端点

16、在垂直于光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘光传播方向的截面内描绘出圆形轨迹。检偏器旋转出圆形轨迹。检偏器旋转一周，光强无变化。一周，光强无变化。 点击图片放大)(2eonnd2)(12 k正椭圆)(12 k线偏振光)(eonnd4) 12(k2) 12(k正椭圆线偏振光)(sin)cos(21221221222212AAxyAyAx四分之一波片的最小厚度：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。偏振光通过四分之一波片后出射的是正椭圆偏振光。四分之一波片四分之一波片(quarter-wave plate)：偏振光通过波偏振光通过波片后，片后，o

17、 o光和光和e e 光的光程差等于光的光程差等于 4 4的奇数倍。的奇数倍。4) 12()(eoknnd正椭圆偏振光正椭圆偏振光 线偏振光振动方向与四线偏振光振动方向与四分之一波片的光轴方向成分之一波片的光轴方向成45角时，通过后线偏振角时，通过后线偏振光变为圆偏振光。光变为圆偏振光。 线偏振光振动方向与线偏振光振动方向与四分之一波片的光轴方四分之一波片的光轴方向的夹角不为向的夹角不为45 角时，角时，则通过后线偏振光变为则通过后线偏振光变为椭圆偏振光。椭圆偏振光。 圆偏振光通过四分之一圆偏振光通过四分之一波片后，变为线偏振光，波片后，变为线偏振光，其振动方向与光轴方向成其振动方向与光轴方向成

18、45 角。角。 椭圆偏振光通过椭圆偏振光通过四分之一波片后，四分之一波片后，变为线偏振光，其变为线偏振光，其振动方向与光轴方振动方向与光轴方向的夹角不等于向的夹角不等于45 角。角。 半波片半波片(half-wave plate)：偏振光通过波片后，偏振光通过波片后，o光和光和e 光的光程差等于光的光程差等于 2的奇数倍。的奇数倍。 偏振光通过半波片后出射的偏振光通过半波片后出射的o光和光和e光正好反位相，光正好反位相，合成后仍是线偏振光，只是振动方向转过了合成后仍是线偏振光，只是振动方向转过了2 。212)()(eoknnd线偏振光线偏振光)(2eominnnd半波片的最小厚度：半波片的最小

19、厚度：全波片：全波片： = 出射光与入射光相同出射光与入射光相同 适当选取厚度适当选取厚度d可将线偏振光转化为椭圆偏振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光或将椭圆偏振光转化为线偏振光 /4波片波片 /4波片波片 /2波片波片（CPL镜）。圆偏镜）。圆偏振镜是由一片线偏振镜（振镜是由一片线偏振镜（PL）与一片四分之一波片与一片四分之一波片(为特殊为特殊双折射材料双折射材料)，彼此胶合而成。，彼此胶合而成。该四分之一波片的光轴与线该四分之一波片的光轴与线偏振镜的偏振光振动方向之偏振镜的偏振光振动方向之间成间成45夹角。光线自线偏振夹角。光线自线偏振镜一端射入为正向，自四分镜一

20、端射入为正向，自四分之一波片一端射入为反向。之一波片一端射入为反向。正向射向圆偏振镜的自然光，正向射向圆偏振镜的自然光，先后通先后通过线偏过线偏振镜和四分之振镜和四分之一波片后，即一波片后，即成为圆偏振光。成为圆偏振光。 从偏振片从偏振片P P得到的线偏振光经过晶片得到的线偏振光经过晶片C C后，成为两后，成为两束相互之间有相位差而振动方向互相垂直的束相互之间有相位差而振动方向互相垂直的o o光和光和e e光。光。( (相位差不等于相位差不等于 的整数倍时，构成椭圆偏振光。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椭圆偏振光再穿过一个偏振片A A后，由于偏振片后，由于偏振片

21、只有一个偏振化方向，所以通过偏振片后，这两束互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。动方向，因此这两束光成了相干的偏振光。 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1A2eA2oA1AeAoA色偏振：色偏振： 当白光照射时，

22、由于偏振光干涉而出现当白光照射时，由于偏振光干涉而出现彩色花样的现象。彩色花样的现象。白光入射白光入射双折射晶体厚度均匀双折射晶体厚度均匀单一颜色单一颜色双折射晶体厚度不均匀双折射晶体厚度不均匀色偏振色偏振单色光入射单色光入射双折射晶体厚度均匀双折射晶体厚度均匀无干涉条纹无干涉条纹双折射晶体厚度不均匀双折射晶体厚度不均匀有干涉条纹有干涉条纹 取不同厚度的取不同厚度的云母片将它们以云母片将它们以各种图案贴在玻各种图案贴在玻璃板上，并将其璃板上，并将其放在两个用白光放在两个用白光照明的偏振片之照明的偏振片之间，出射光的颜间，出射光的颜色和亮度会发生色和亮度会发生变化。旋转上面变化。旋转上面的偏振片

23、，可呈的偏振片，可呈现彩色斑斓的图现彩色斑斓的图案花纹。案花纹。 有些各向同性的非晶体或液体，受外界的人为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。因素影响而转变为各向异性，呈现出双折射现象。这种现象称为这种现象称为人为双折射人为双折射。 某些非晶体物质，在某些非晶体物质，在力的作用下发生形变时，力的作用下发生形变时，将失去非晶体的各向同性将失去非晶体的各向同性的特征而具有晶体的性质，的特征而具有晶体的性质，从而也能呈现出双折射现从而也能呈现出双折射现象。象。P1P2 dFSF干涉干涉有机玻璃有机玻璃C应力应力各向异性各向异性v各向不同各向不同n各向不

24、同各向不同在白光照射下，在白光照射下，显示出彩色的干显示出彩色的干涉图样。涉图样。l+-45 45 P1P2克尔盒克尔盒d不加电场不加电场液体各向同性液体各向同性P2 2不透光不透光加电场加电场液体呈单轴晶体性质，液体呈单轴晶体性质，E光轴平行光轴平行 P2透光透光 某些各向同性的非晶体或液体等透明物质，在强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。电场作用下，能变为各向异性而显示双折射现象。旋光现象：旋光现象：偏振光在通过某些物质后，其振动面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。会以光的传播方向为轴转过一个角度的现象。提问与解答环节Questions And Answers谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal