大学光学经典课件L12--光的横波性与五种偏振态.ppt
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- 大学 光学 经典 课件 L12_ 横波性 偏振
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1、9 光的横波性与五种偏振态光的横波性与五种偏振态1光的偏振现象光的偏振现象1)光的偏振的含义)光的偏振的含义光波振动方向的不全面和振幅光波振动方向的不全面和振幅不均等的现象称为光的偏振现象不均等的现象称为光的偏振现象第二章第二章 波动光学基本原理波动光学基本原理2)偏振片)偏振片(1)晶体的二向色性(选择吸收性)晶体的二向色性(选择吸收性)(2)偏振片及其透振方向和消光方向)偏振片及其透振方向和消光方向(3)偏振片的制造)偏振片的制造(4)偏振片的起偏和检偏性能)偏振片的起偏和检偏性能2光的横波性光的横波性1)机械波的横波性的检验)机械波的横波性的检验2)光波的横波性的检验)光波的横波性的检验
2、3光的五种偏振态光的五种偏振态1)光是横波,才有不同的偏振状态)光是横波,才有不同的偏振状态2)光波的五种偏振态:)光波的五种偏振态:线偏振光、自然光、部分偏振光、线偏振光、自然光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。圆偏振光和椭圆偏振光。4线偏振光线偏振光1)线偏振光的定义:线偏振光的定义:在垂直光传播方向的平面上,只有单一在垂直光传播方向的平面上,只有单一方向的振动矢量,随着时间的推移,振方向的振动矢量,随着时间的推移,振动矢量只改变大小、不改变方向。动矢量只改变大小、不改变方向。线偏振光:线偏振光:光矢量光矢量 E 只沿一个固定方向振动。只沿一个固定方向振动。2)振动面与平面偏振光振动面与
3、平面偏振光振动面:振动面:线偏振光的传播方向与线偏振光的传播方向与振动方向构成的平面。振动方向构成的平面。同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一振动面上,又称线偏振光为振动面上,又称线偏振光为平面偏振光平面偏振光。线偏振光是偏振程度最强的光,又称线偏振线偏振光是偏振程度最强的光,又称线偏振光为光为全偏振光全偏振光。3)线偏振光通过偏振片后的光强度)线偏振光通过偏振片后的光强度若入射的线偏振光强为:若入射的线偏振光强为:0I旋转偏振片旋转偏振片P一周,一周,出射光强的变化为:出射光强的变化为:000III线偏振光线偏振光0IIP存在一个消光方向存在一个消光方
4、向,在垂直在垂直 P 的透振方向上的透振方向上4)马吕斯定律)马吕斯定律称上式为马吕斯定律称上式为马吕斯定律注意:注意:(1)只适用于线偏振光)只适用于线偏振光(2)马吕斯定律公式上的)马吕斯定律公式上的 三角函数项是平方项。三角函数项是平方项。0AAPcos0AA 由于:由于:20cosII 就有:就有:5)起偏器和检偏器)起偏器和检偏器起偏器:起偏器:任何偏振态的光通过后透射任何偏振态的光通过后透射 光都变为线偏振光的器件。光都变为线偏振光的器件。检偏器:检偏器:检查入射光偏振态的器件检查入射光偏振态的器件 线偏振射光通过此器件后光线偏振射光通过此器件后光 强变为零强变为零。偏振片既是起偏
5、器,又是检偏器。偏振片既是起偏器,又是检偏器。自然光通过偏振片后,光强为原来的二分之一。自然光通过偏振片后,光强为原来的二分之一。旋转起偏器,屏幕上光强不变。旋转起偏器,屏幕上光强不变。检偏器旋转一周,透射光光强出现两次最强,两检偏器旋转一周,透射光光强出现两次最强,两次次消光消光,说明入射到,说明入射到 P2 上的光是线偏振光。上的光是线偏振光。P2P16)一束线偏振光可以分解为两束)一束线偏振光可以分解为两束 互相垂直的线偏振光互相垂直的线偏振光AEyxcos()EAtcosAAxsinAAycos()xxEAtcos()yyEAt0,jEiEyx若将若将 带入参量方程消去参量带入参量方程
6、消去参量t,0,就有:就有:,这正是直线方程,这正是直线方程xyxyAAEE结论:结论:(1)线偏振光可以分解为两个互相垂直)线偏振光可以分解为两个互相垂直 的相位差为的相位差为 0 或或 的线偏振光,的线偏振光,(2)可以由这两束线偏振光代替这束线偏振光。)可以由这两束线偏振光代替这束线偏振光。5自然光自然光1)自然光的定义:)自然光的定义:在垂直光传播方向的平面上,在垂直光传播方向的平面上,所有方向均有横振动,所有方向均有横振动,各个方向的振动幅度均相等,各个方向的振动幅度均相等,形成如图所示的轴对称振幅分布。形成如图所示的轴对称振幅分布。自然光:自然光:由于原子发光的独立性与随机由于原子
7、发光的独立性与随机性,对于普通光源所发的光,性,对于普通光源所发的光,光矢量分布各向均匀。光矢量分布各向均匀。各光矢量之间无固定各光矢量之间无固定的相位关系。的相位关系。可用两个相互垂直的可用两个相互垂直的光矢量表示自然光,光矢量表示自然光,但两者之间也无固定但两者之间也无固定的相位关系。的相位关系。2)自然光通过偏振片后的光强度)自然光通过偏振片后的光强度若入射的自然光强为:若入射的自然光强为:0I自然光自然光0IIP旋转偏振片旋转偏振片P一周,出射光强均为:一周,出射光强均为:021II xixAayiyAa220 xyIAA(非相干迭加)(非相干迭加)2xxIA2yyIA02xyIII3
8、)试证明自然光通过偏振片后)试证明自然光通过偏振片后 出射光强为入射光强的一半。出射光强为入射光强的一半。自然光由无数条非相干的线偏振光组成自然光由无数条非相干的线偏振光组成数密度:数密度:单位夹角内包单位夹角内包含的含的 线偏振光的条数线偏振光的条数 0)(角内包含的线偏振角内包含的线偏振光的条数:光的条数:0NP角内包含的线偏振光的总强度:角内包含的线偏振光的总强度:00iNiI入射的自然光的总光强:入射的自然光的总光强:0200002idiII设偏振片的透振方向与设偏振片的透振方向与 角内线偏振光角内线偏振光的夹角为:的夹角为:依据马吕斯定律:依据马吕斯定律:20cosII 角内的线偏振
9、光通过偏振片后的光强为:角内的线偏振光通过偏振片后的光强为:202coscosiNiI透过偏振片后自然光的光强变为:透过偏振片后自然光的光强变为:02020cosidiI因此有:因此有:021II)(cos20i注意:已经将公式中的注意:已经将公式中的 改写为改写为 6部分偏振光部分偏振光1)部分偏振光的定义:)部分偏振光的定义:在垂直光传播方向的平面上,在垂直光传播方向的平面上,所有方向均有横振动,但不同所有方向均有横振动,但不同方向的振动幅度不相等,形成方向的振动幅度不相等,形成如图的振幅分布。如图的振幅分布。部分偏振光部分偏振光:介于线偏振光与自然光之间的情形,介于线偏振光与自然光之间的
10、情形,可看成线偏振光与自然光的混合。可看成线偏振光与自然光的混合。若入射的部分偏振光强为若入射的部分偏振光强为 0I旋转偏振片旋转偏振片P一周,出射光强的变化为:一周,出射光强的变化为:与与 的振动方向互相垂直的振动方向互相垂直MImIMmMIIII,没有消光现象出现,没有消光现象出现部分偏振光部分偏振光IP0I2)部分偏振光通过偏振片后的光强)部分偏振光通过偏振片后的光强度度 3)部分偏振光的总光强)部分偏振光的总光强 mMIII4)偏振度:)偏振度:mMmMIIIIP时,时,为自然光,为自然光 MImI0P时,时,是线偏振光,是线偏振光 1P0mI注意:注意:与与 是所有线偏振光在这两个互
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