基础光学第3章光的偏振ppt课件.pptx

1、3.1 3.1 光波的偏振态光波的偏振态纵波纵波：波的振动方向与波的传播方向相同的波。横波横波：波的振动方向与波的传播方向相互垂直的波。光是特定频率范围内的电磁波。光起作用的是电场强度矢量，称为光矢量。光矢量的振动方向与光的传播方向垂直，这一特征称为光的偏振。偏振：波的振动方向对于传播方向的不对称性。偏振性是横波区别于纵波的重要特征。偏振片偏振片原理原理：某个方向的的电矢量不吸收，垂直方向的电 矢量全部吸收。作用作用：当一束光照射并通过偏振片时，某一个方向 振动的光矢量成分可以顺利透过。光的偏振态（五种）光的偏振态（五种）自然光自然光偏振光偏振光完全偏振光完全偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光

2、线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光圆偏振光圆偏振光自然光自然光由于原子发光的独立性与随机性，由于原子发光的独立性与随机性，对于普通光源所发的光，光矢量分对于普通光源所发的光，光矢量分布各向均匀。布各向均匀。各光矢量之间无固定的各光矢量之间无固定的相位关系。相位关系。可用两个相互垂直的光可用两个相互垂直的光矢量表示自然光，但两矢量表示自然光，但两者之间也无固定的相位者之间也无固定的相位关系。关系。xixAaxixAayiyAa220 xyIAA（非相干迭加）（非相干迭加）2xxIA2yyIA02xyIIIxyz线偏振光线偏振光光矢量光矢量 E E 只沿一个固定方向振动。只沿一个固定方向振动。振动面：光

3、矢量方向与光的传播方向构成的平面。振动面：光矢量方向与光的传播方向构成的平面。线偏振光的电矢量可以分解为方向任意但相互垂直的两个电矢量00 xyEEExy两方向的电矢量的相位差 恒定为0或者00cos()cos(+)xxyyEEtkzEEtkz(0)或 马吕斯定律1 2,320IP P0 0I I0 0I I1 1a aP P1 1P P0 0P P1 1a aA A0 0A A1 1A A2 210cosAA210cosII起偏器起偏器:将入射光变成线偏振光的器件。检偏器检偏器:检查入射线偏振光的电矢量振动方向的器件。部分偏振光部分偏振光部分偏振光：部分偏振光：在垂直于传播方向的平面内一切可

4、能的振动方向上同时存在着电矢量的振动，但其在某个振动方向上的电矢量振幅比其他方向更占优势。zz(a)(b)部分偏振光可以看作是线偏振光和自然光的混合部分偏振光自然光线偏振光偏振度：偏振度：部分偏振光中线偏振成分所占的比例PPNIPII或maxminmaxminIIPII自然光P=0,又称为非偏振光；线偏振光P=1，又称为全偏振光；部分偏振光0 P 1。圆偏振光圆偏振光光的电矢量绕传播方向匀速转动光的电矢量绕传播方向匀速转动。光的电矢量的瞬时值大小不变，光的电矢量的瞬时值大小不变，其其端点描绘的的轨迹为圆。端点描绘的的轨迹为圆。某时刻光矢量沿传播方向的改变某时刻光矢量沿传播方向的改变w w圆偏振

5、光圆偏振光00cos()(-)cos()22或 xyEEtkzEEtkz椭圆偏振光椭圆偏振光光的电矢量的端点在波面内描绘的轨光的电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆的光。迹为一椭圆的光。OA Ax xA Ay yEx xy yO O00cos()cos()xxyyEEtkzEEtkz右旋椭圆偏振光02左旋椭圆偏振光01412345432742940,1,2,kk(21)2k k为直线为椭圆为正椭圆E0 x=E0y=E0为圆【例3.2】一束部分偏振光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一转动的偏振片时，透射光光强的最大值是最小值的 5 倍。求入射光中自然光和线偏振光的光强各占入射光光强的几分之

6、几？0I10I20I01020III12,III11012II2220cosII【解】设入射光光强为其中，自然光强度为 线偏振光强度为设三者通过偏振片后的光强分别为则有则21210201cos2IIIII0时，透射光强取最大值 max102012III/2时，透射光强取最小值 min1012IImaxmin5IIQ10201011522III 20102II10013II20023II3.2 3.2 完全偏振光的琼斯矩阵表示完全偏振光的琼斯矩阵表示琼斯矢量：琼斯矢量：任一偏振光由其光矢量的两个分量构成的一列矩 阵（列矢量）来表示。椭圆偏振光椭圆偏振光)exp()exp()(exp)exp()e

7、xp()exp()(exp)exp(0000yyyyyxxxxxitiEkzitiEEitiEkzitiEE,xxyykzkz其中x和y分别是x，y轴分量的初相位，x与y表示x，y轴分量的实际相位。简略共同时间项exp()itexp()exp()xxxyyyEEiEEi%00琼斯矢量琼斯矢量形式形式exp()exp()xxxyyyEiEEiE%00E E光强归一化形式光强归一化形式exp()exp()xxxyyyxyxyEiEEiEEEEE022220000011E E%考虑相位差和振幅比考虑相位差和振幅比0220001exp()exp()xxxyEiEiEEExyEEE000 xy其中，分别

8、表示振幅比与相位差去除公共相位因子exp()xi0220001exp()xxyEEiEEE*xyxxyyxyIEEE EE EEE%222200琼斯矢量归一化形式琼斯矢量归一化形式线偏振光（光矢量与线偏振光（光矢量与x轴成轴成q q角）角）qqqsincosEX轴10h Y轴01 h圆圆偏振光偏振光右旋112 RiE左旋112LiE正交偏振正交偏振设两个偏振光的琼斯矢量分别为111ABE222ABE若满足*212111212*20AABA AB BBE E则两偏振光正交偏振正交偏振 任何一个偏振态也可以分解成相互正交的两个偏振态任何一个偏振态也可以分解成相互正交的两个偏振态【例3.3】写出长短

9、轴之比为 、长轴在y轴的左旋和右旋椭圆偏振光的琼斯矢量矩阵，并计算和分析这两个偏振光叠加后的偏振状态。2:1【解】设短轴为 ，则长轴为0 xE002yxEE022200022200111 2exp(/2)25(2)111 2exp(/2)25(2)xRxxxLxxEiiEEEiiEE右旋时：左旋时：EE则111 111111 2222205555RRLiiii EEE光矢量在x轴的线偏振光，且其振幅为原椭圆偏振光在x轴分振幅的2倍。3.3 3.3 立体视觉与立体电影立体视觉与立体电影左眼左眼右眼右眼左眼视觉左眼视觉右眼视觉右眼视觉只有双眼同时观察物体才能产生立体视觉。PP立体电影的立体电影的原理原理：u两部摄影机同时拍摄u两部电影放映机同时放映，但两放射光偏振方向垂直u偏振光镜片观看