偏振光的定义课件.ppt

1、 2cosIIO 偏振光的定义偏振光的定义 光光 的的 偏偏 振振透射光透射光变化律变化律偏振光种偏振光种类、表示类、表示法、产生法、产生o光与光与e光的干涉光的干涉线偏振光线偏振光马吕斯定律马吕斯定律自然光、部自然光、部分偏振光分偏振光偏振光偏振光干涉干涉色偏振色偏振等厚干涉等厚干涉椭圆偏振光椭圆偏振光圆偏振光圆偏振光+1/4波片波片7 种偏振光的检验种偏振光的检验4.光的偏振光的偏振主要内容主要内容1.线偏振光的产生线偏振光的产生i.概念：概念：自然光；线偏振光；部分偏振光自然光；线偏振光；部分偏振光.表示法表示法.ii.实验定律：实验定律：布儒斯特定律：布儒斯特定律：1222nntgii

2、ibb 马吕斯定律：马吕斯定律：20cosII I0 为入射的为入射的线线偏振光偏振光光强光强iii.产生：产生：a)利用利用ib 玻璃片，玻璃片堆玻璃片，玻璃片堆.b)利用利用no、ne 的不同的不同 尼科耳棱镜等尼科耳棱镜等.c)利用利用二向色性二向色性 人造偏振片（最广泛）人造偏振片（最广泛）.2.双折射现象双折射现象i.概念：概念：o 光；光；e 光；光轴；主截面光；光轴；主截面.ii.定性解释：定性解释：三维电子振子模型三维电子振子模型.iv.惠更斯作图法惠更斯作图法.iii.单轴晶体的主折射率：单轴晶体的主折射率：no、ne.3.椭圆、圆偏振光的产生椭圆、圆偏振光的产生.4.1/4

3、波片、半波片波片、半波片.5.偏振光的检验（偏振光的检验（7种光）种光）.6.偏振光的干涉偏振光的干涉.玻璃片堆，玻璃片堆，偏振棱镜偏振棱镜.高反膜高反膜(斜入射斜入射),由两块特殊要求加工的由两块特殊要求加工的直角方解石用加拿大树直角方解石用加拿大树胶粘合而成。对胶粘合而成。对 NaNa光光:no=1.658,ne=1.486,n胶胶=1.550二向色性偏振片（人造偏振片），二向色性偏振片（人造偏振片），玻偏片，玻偏片，A A 中的中的o o光变为光变为B B中的中的e e光光:n no onne e 远法线折射远法线折射A A中的中的e e 光变为光变为B B中中o o的光的光:n ne

4、en no o 近法线折射近法线折射由两个方解石直角棱镜粘合而成由两个方解石直角棱镜粘合而成 使用时：发散或会聚角使用时：发散或会聚角14 voo光光e光光ie光光o光光 o光、光、e光只光只在晶体内部在晶体内部才有意义！才有意义！只有在晶体内部才有意义v vo ov ve e n no on ne e ，正晶体正晶体:球内切鸡蛋球内切鸡蛋v vo on ne e 负晶体负晶体:球外切铁饼球外切铁饼 0 e出射晶体后，出射晶体后，o光、光、e光相干叠加光相干叠加,合成为合成为椭圆偏振光椭圆偏振光o光光：Eo=Ao cos(t-r/vo)其中其中：Ao=A sin Ae=A cos 波（晶）片波

5、（晶）片特点特点：光轴晶体表面,发生隐含双折射e光光：Ee=Ae cos(t-r/ve)晶体中：晶体中：出射晶体后出射晶体后：(设晶体厚度为设晶体厚度为d d）晶体中晶体中e、o光的相位差：光的相位差：znneooe)(2 dnneooe)(2 定义：定义：1/4波片：波片：2)12(k4)12()(kdnneo y光轴光轴x出射光为出射光为 旋转正椭圆旋转正椭圆 偏振光偏振光!kztcosAkztcosAEeey )12(2半波片：半波片：出射光出射光 旋转旋转 2 角，但仍为线偏振光角，但仍为线偏振光!y光轴光轴出射晶体后出射晶体后,o光、光、e光的光振动为：光的光振动为：kztcosAz

6、tcosAEoox 2 )12(k2)12()(kdnneo1/4波片波片1/4波片波片线偏振光线偏振光？1/4波片波片1/4波片波片线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光线偏振光两个两个1/4波片波片线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光结论：结论：两个光轴两个光轴平行平行的的1/4波片可以等效成一个波片可以等效成一个半半波片波片两个光轴两个光轴垂直垂直的的1/4波片可以等效成一个波片可以等效成一个全全波片波片 椭圆偏振光和圆偏振光的获得椭圆偏振光和圆偏振光的获得,sinAAAox 其中：其中：负负晶体，晶体，/2/2,y 振动超前，振动超前，正正晶体，晶体，/2/2,x

7、 振动超前振动超前.cosAAAey 为圆偏振光为圆偏振光22450/AAAyx )()(22yxekztsinekztcosAE -右旋光右旋光+左旋光左旋光 1/4波片波片xyyyxxekztcosAekztcosAE)2()(0 4 43 45 2 57 223,kk21 2)12(k k 为直线为直线为椭圆为椭圆为正椭圆为正椭圆 2右右旋椭圆偏振光（旋椭圆偏振光（顺时针转顺时针转，负负晶体，晶体，y 振动超前）振动超前）左左旋椭圆偏振光（旋椭圆偏振光（逆时针转，逆时针转，正正晶体，晶体，y 振动落后）振动落后）自然光改造成椭圆或圆偏振光自然光改造成椭圆或圆偏振光1/4波片，且波片，且

8、45 0时，为圆偏振光时，为圆偏振光 偏振光的干涉问题：偏振光的干涉问题：研究在同一平面上振动的两偏振光的干涉研究在同一平面上振动的两偏振光的干涉oe1A 从从 C 出射的出射的 o 光、光、e 光光 能否产生干涉？能否产生干涉？从从 C 出射的出射的 o 光、光、e 光光通过通过 B 后后才会产生通常意义下的才会产生通常意义下的干涉干涉!否！否！线偏振光干涉的强度分布线偏振光干涉的强度分布1.A,B 两偏振片的偏振化方向互相垂直放置两偏振片的偏振化方向互相垂直放置 ABC 设光轴设光轴C与与B透射方向夹角为透射方向夹角为 ，如图，有：如图，有：oeAA22 cosAAAAIoeoe22222

9、22 222122221221 sinsinAsincosA 22112sinAcossinAAe AB1ACeA0A eA220A2.A,B 两偏振片的偏振化方向平行放置两偏振片的偏振化方向平行放置 cosAAAAIoeoe|2222222 讨论：讨论：转动晶板，转动晶板，B 后光强只有明后光强只有明 暗暗变化（无条纹出现）变化（无条纹出现）dnneo 2.i如果如果 n=n(x,y),或或 d=d(x,y)，则有条纹出现。，则有条纹出现。2212221 sinsinA,coscosAAe 12 sinsinAAo12 ii.白光照射时，对同一晶板白光照射时，对同一晶板,在在A、B正交系统中

10、出现的颜正交系统中出现的颜色与平行系统中出现的颜色互补色与平行系统中出现的颜色互补 色偏振现象色偏振现象(显色偏显色偏振振)品品红红红红青青黄黄蓝蓝绿绿白白原色三角形：原色三角形：光：光：红红+绿绿+蓝蓝=白色白色颜料：颜料：青青+品红品红+黄黄=黑色黑色互补色互补色常常量量 21AII|第二类：自然光第二类：自然光例例1:偏振光检验偏振光检验三类七种光三类七种光:第一类：椭圆偏振光，圆偏振光，线偏振光第一类：椭圆偏振光，圆偏振光，线偏振光第三类第三类:部分线偏振光部分线偏振光,部分椭圆偏振光部分椭圆偏振光,部分圆偏振光部分圆偏振光以光线为轴转动以光线为轴转动P:I I 不变不变？I I 变，

11、有消光变，有消光？I I 变，无消光变，无消光？自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光I?P待检光待检光第一步第一步:I I 不变情况：不变情况：自然光自然光圆偏振光圆偏振光部分圆偏振光部分圆偏振光I I 变，无消光变，无消光 情况：情况：部分偏线振光；椭圆偏振光；部分椭圆偏振光部分偏线振光；椭圆偏振光；部分椭圆偏振光第二步第二步:自然光自然光,圆偏振光圆偏振光部分偏振光部分偏振光,椭圆偏振光椭圆偏振光P待检光待检光I1/4 波片波片以光线为轴转动以光线为轴转动1/41/4波片和波片和P:I I 不变不变？I I 变，有消光变，有消光？I I 变，无消光变，无消光？*第三步第三步:椭

12、圆或圆偏振光左、右旋的判别椭圆或圆偏振光左、右旋的判别(难点难点)条件：条件：已知已知1/4 波片晶体类型波片晶体类型,光轴方向光轴方向.检验装置检验装置,如上图如上图.2/tcosbEtcosaEyx 12222 bEaEyx设：设：1/4 波片波片为为 负负晶体晶体,光轴方向与椭圆偏振光短轴光轴方向与椭圆偏振光短轴x(光强最光强最弱方向弱方向)平行平行.如果是如果是右旋右旋椭圆偏振光入射椭圆偏振光入射,则有则有:认为由一、认为由一、三象限的线三象限的线偏光形成偏光形成理解：一个一个右旋正椭圆光右旋正椭圆光相当于相当于一个一个 一、三象限的线偏振光经一、三象限的线偏振光经过一个负晶体的过一个

13、负晶体的1/4 波片（长轴与光轴夹角小于波片（长轴与光轴夹角小于/4）。而）。而“两两个光轴个光轴垂直垂直的同类的同类1/4波片相当于一个波片相当于一个全全波片波片”。2/coscos dkntadkndkndkntaEoooex仍是一、三象仍是一、三象限的线偏光！限的线偏光！经过经过1/4波片后波片后(负晶体，负晶体，e 光振动方向为光振动方向为x轴轴,o光为光为 y 轴轴)：实验方法：2.转动检偏器，如果转动检偏器，如果顺时针顺时针转找到转找到消光消光的角的角(/2),则入射光则入射光为为右旋右旋椭圆偏振光椭圆偏振光.反之反之,逆时针逆时针转转,则为则为左旋左旋椭圆偏振光椭圆偏振光.e 光

14、振动方向光振动方向 2/cos dkntbEoy1.使使1/4 波片波片快轴快轴 方向方向(负晶体负晶体:光轴方向光轴方向,正晶体正晶体:垂直于光垂直于光轴方向轴方向)与光强最与光强最暗暗方向方向(短轴短轴)平行平行(平行于检偏器透光方向平行于检偏器透光方向)观察弱光 P.269 习题习题 275 种偏振态的检验种偏振态的检验把检偏器对着被检光旋转一周，若得到把检偏器对着被检光旋转一周，若得到两明两零两明两零 光强不变光强不变 两明两暗两明两暗线线偏偏振振光光在光路中插入在光路中插入1/4波片，波片，再旋转检偏器，若得再旋转检偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/4波片波片,并使光轴与检并使光

15、轴与检得的暗方位相重合得的暗方位相重合,再旋转检偏器再旋转检偏器,若若两明两零两明两零光强不变光强不变圆圆偏偏光光自自然然光光椭椭圆圆偏偏光光两明两零两明两零两明两暗两明两暗部部分分偏偏振振光光七种偏振态的检验七种偏振态的检验把检偏器对着被检光旋转一周，若得到把检偏器对着被检光旋转一周，若得到两明两零两明两零 光强不变光强不变 两明两暗两明两暗线线偏偏振振光光在光路中插入在光路中插入1/4波片，波片，再旋转检偏器，若得再旋转检偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/4波片波片,并使光轴与检并使光轴与检得的暗方位相重合得的暗方位相重合,再旋转检偏器再旋转检偏器,若若两明两明两零两零光强光强不变不变

16、两明两明两暗两暗圆圆偏偏光光自自然然光光自加自加然圆然圆光偏光偏 光光椭椭圆圆偏偏光光自加自加然线然线光偏光偏 光光自椭自椭然圆然圆光偏光偏加光加光两明两明两零两零两明两明两暗两暗两明两两明两暗暗.但转但转1/4波片波片,可使可使光光强不变强不变.bibibi例例2:画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态.1n2n1n2n1n2n1n2n1n2n1n2n例例3：已知某材料在空气中的布儒斯特角已知某材料在空气中的布儒斯特角 ，求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率为为 1.33），求布儒斯特角？该材料

17、对水的相对），求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？折射率是多少？058 bi解：解：设该材料的折射率为设该材料的折射率为 n，空气的折射率为，空气的折射率为16159915810.tannitanb 解：解：放在水中，则对应有放在水中，则对应有2133161.nnitanb 水水0350.ib 所以：所以：该材料对水的相对折射率为该材料对水的相对折射率为1.2例例4:4:用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们的偏振化方向成的偏振化方向成30300 0角时，观测一光源，又在成角时，观测一光源，又在成60600 0角时，观察同一位置处的另一

18、光源，两次所得的强角时，观察同一位置处的另一光源，两次所得的强度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。解解 :令令I I1 1和和I I2 2分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别为偏器后，光的强度分别为I I1 1/2/2和和I I2 2/2/2。按照马吕斯定。按照马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为律，透过检偏器后光的强度为60cos22212II 所以所以30cos21211II 但按题意但按题意21II 60cos30cos2221II 即即3130cos60cos43412221 II 光强为

19、光强为 I I0 0 的自然光相继通过偏振片的自然光相继通过偏振片P P1 1、P P2 2、P P3 3 后光强后光强为为I I0 0/8 /8，已知，已知 P P1 1 P P3 3，问：，问：P P1 1、P P2 2 间夹角为何？间夹角为何？解解 分析分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2201II 212cosII 222223sincosIII 8sincos20220II 045 例例5:例例6：光强的调制。光强的调制。在透振方向正交的起偏器在透振方向正交的起偏器 M 和检偏器和检偏器 N 之间，插入一片以角速度之间，插入一片以角速度 旋转的理想偏振片旋转的理想偏

20、振片P，入射，入射自然光强为自然光强为 ，试求由系统出射的光强是多少？，试求由系统出射的光强是多少？0I MNPtPNMtcostsin)/AA 20（出出)41)(16()2(0220tcos/Itcostsin/II 出出)cos(sin 1212每旋转偏振片每旋转偏振片P一周，输出光强有一周，输出光强有“四明四零四明四零”。t=00,900,1800,2700时，输出光强为零。时，输出光强为零。t=450,1350,2250,3150时，输出光强为时，输出光强为 。80/I例例7：在两个偏振化方向互为正交的偏振片在两个偏振化方向互为正交的偏振片P1 、P2 之间放进厚之间放进厚度为度为d

21、=1.71310-4 m 晶体片，此晶片的光轴平行于晶片表晶体片，此晶片的光轴平行于晶片表面而且与面而且与 P1、P2 的偏振化方向皆成的偏振化方向皆成 450 角，以角，以=589.3nm的自然光垂直入射到的自然光垂直入射到P1 上，该晶体对此光的折射率上，该晶体对此光的折射率 n0=1.658 ne=1.486（1）说明）说明1、2、3区域光的偏振态区域光的偏振态（2）求区域）求区域3 的光强与入射光强的光强与入射光强 I0 之比之比（3）若晶片）若晶片C 的光轴与晶片表面垂直，再次求的光轴与晶片表面垂直，再次求 3 区域区域 光强与光强与 入射光强入射光强 I0 之比之比（4）若）若 P1 /P2 ，以上情况如何？，以上情况如何？2P 0I1PC123045 解（解（1）：）：1区域光的偏振态区域光的偏振态2区域光的偏振态取决于区域光的偏振态取决于 符合符合 =k 3区域光的偏振态：区域光的偏振态：k为偶数，偏振方向不变为偶数，偏振方向不变相消干涉：相消干涉：03 I003 II（2）：）：（3）：）：区域区域 1 的线偏振光沿光轴透过晶片，偏振方的线偏振光沿光轴透过晶片，偏振方向不变，无双折射，无光透过向不变，无双折射，无光透过0II ,0033 I（4）：）：略略2P 0I1PC123045 1002 d)nn(eo