12-5偏振和光的双折射课件.ppt

1、12-5-1 自然光与偏振光光是一种电磁波（横波）。电矢量光是一种电磁波（横波）。电矢量 与磁矢量与磁矢量 相相互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。EH光振动：光振动：电磁波的电磁波的 振动。振动。E光矢量：光矢量：电磁波的电磁波的 矢量。矢量。EvE一、光的偏振性：一、光的偏振性：振动方向相对传播方向的不对称性。振动方向相对传播方向的不对称性。（只有横波能产生偏振，纵波不具有偏振性。）（只有横波能产生偏振，纵波不具有偏振性。）二、五种偏振态二、五种偏振态1、线偏振光：、线偏振光：某一光束只含有一个方向的光振动。（平面偏振光）某一光束只含有一个方

2、向的光振动。（平面偏振光）振动面：振动面：光振动方向与传播方向所确定的平面。光振动方向与传播方向所确定的平面。2、自然光：、自然光：在垂直于光传播方向上的所有可能方向上，在垂直于光传播方向上的所有可能方向上，振动振动 的振幅都相等。的振幅都相等。EvvxEyE自然光不具有偏振性自然光不具有偏振性!自然光可分解成自然光可分解成任意任意两个振动面垂直的偏振光，两个振动面垂直的偏振光，且这两个偏振光的强度相同，且这两个偏振光的强度相同，没有确定的位相关系。没有确定的位相关系。振动面平行纸面振动面平行纸面振动面垂直纸面振动面垂直纸面(各个方向都有振动，且各个方向的强度都相同。各个方向都有振动，且各个方

3、向的强度都相同。)1122III3、部分偏振光：、部分偏振光：各个方向都有振动，但各个方向都有振动，但某一方向的光振动某一方向的光振动最强，与之相垂直的另一方向的光振动最弱。最强，与之相垂直的另一方向的光振动最弱。4、椭圆偏振光和圆偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光5、偏振度：、偏振度：maxminmaxminIIPII 线偏振光：线偏振光：P=1自然光：自然光：P=0部分偏振光：部分偏振光：0P11212()IIIIII光矢量绕着传播方向大小和方向都有规律的变化，在垂直传播方光矢量绕着传播方向大小和方向都有规律的变化，在垂直传播方向的平面内的投影为椭圆或圆。向的平面内的投影为椭圆或圆。12-5-2

4、 12-5-2 偏振片偏振片 马吕斯定律马吕斯定律 偏振片：偏振片：能吸收某一方向的光振动，而只让与之垂直方向上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。的光振动通过的一种透明薄片。偏振化方向：偏振化方向：允许通过的光振动方向。允许通过的光振动方向。偏振片的用途：偏振片的用途：“起偏起偏”和和“检偏检偏”一、偏振片，二向色性一、偏振片，二向色性是一种获得线偏振光的偏振器件。是一种获得线偏振光的偏振器件。二、马吕斯定律二、马吕斯定律自然光自然光I0起偏起偏线偏振光线偏振光I0/2偏振片的透光方向就是线偏振光的振动方向。偏振片的透光方向就是线偏振光的振动方向。偏振片转

5、动一个角度后，偏振片转动一个角度后，透过的强度及偏振态均透过的强度及偏振态均不变，只是振动的方向不变，只是振动的方向变化。变化。（自然光可以任意分解！）（自然光可以任意分解！）1、自然光入射偏振片、自然光入射偏振片2、线偏振光、线偏振光1I马吕斯定律：马吕斯定律：光强为光强为 I1 的线偏振光，透过偏振片后，其的线偏振光，透过偏振片后，其透透射强度为：射强度为：221II cos21EE cos221122IE,IE 1I2I2E2E1E2222211IEcosIE221II cos210,II 当当：22,32I0 当当：:偏振片的透振方向与入射光的振动方向的夹角。偏振片的透振方向与入射光的

6、振动方向的夹角。消光消光偏振片转动一周，有消光现象则入射光一定是线偏振光。偏振片转动一周，有消光现象则入射光一定是线偏振光。最强最强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0I20I20I0I20I0I3、部分偏振光、部分偏振光12III I 2212coscos()2III I1I2 转动一周出现两次强度最强，两转动一周出现两次强度最强，两次最弱，无消光现象。次最弱，无消光现象。结论：结论：1、偏振片转动一个角度后，透过的强度及偏振态、偏振片转动一个角度后，透过的强度及偏振态均不变，则入射光一定是自然光。均不变，则入射光一定是自然光。2、偏振片转动一周，有消光现象，则入射光一

7、定、偏振片转动一周，有消光现象，则入射光一定是线偏振光。是线偏振光。3、偏振片转动一周无消光现象，都有强度的强弱、偏振片转动一周无消光现象，都有强度的强弱之分，则入射光是部分偏振光。之分，则入射光是部分偏振光。例例1.一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一偏振片一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一偏振片时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到五倍。求入时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到五倍。求入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分之几？射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分之几？解：解：设入射光强度：设入射光强度：I0；自然光强度：自然光强度：

8、I10；偏振光强度偏振光强度:I20o1020III设通过偏振片后的光强分别为：设通过偏振片后的光强分别为：I，I1，I211012II 2220cosII 21210201IIIIIcos2 max102010IIII2时时min10190III2时时maxminI5I 10201011522III1010o1020II1III3 20oI2I3 2010I2I12-5-3 反射光、折射光及散射光的偏振性 oii90oirr反射光的偏振性与入射角有关。反射光的偏振性与入射角有关。反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振 0002001sinsinsintancoscos(90)siniiinii

9、rrn布儒斯特定律：布儒斯特定律：当自然光以布儒斯特角入射到两不当自然光以布儒斯特角入射到两不同介质的表面时，其反射光为线偏振光，光振动垂同介质的表面时，其反射光为线偏振光，光振动垂直于入射面。直于入射面。布儒斯特角：布儒斯特角：201tannin 驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。照相机按上偏振镜可以产生不同的效果，看出来了吗？照相机按上偏振镜可以产生不同的效果，看出来了吗？散射光的偏振性散射光的偏振性 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

10、不同的效果。12-6-1 光在晶体中的双折射 方解石晶体的双折射现象。方解石晶体的双折射现象。双折射现象：双折射现象：一束光进一束光进入各向异性介质入各向异性介质后会出现两束折后会出现两束折射光的现象。射光的现象。双折射材料双折射材料寻常光线（寻常光线（o光）：光）：恒遵守通常折射定律的光线。恒遵守通常折射定律的光线。非常光线（非常光线（e e光）：光）：不遵守通常折射定律的光线。不遵守通常折射定律的光线。晶体的光轴：晶体的光轴：在晶体中的一个特殊的方向，沿该方在晶体中的一个特殊的方向，沿该方向不会产生双折射现象向不会产生双折射现象。单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体。只有一个光轴的晶体。

11、双轴晶体：双轴晶体：有二个光轴的晶体。有二个光轴的晶体。o 光在晶体中各个方向上的传播速度光在晶体中各个方向上的传播速度相相同。同。e 光在晶体中各个方向上的传播速度光在晶体中各个方向上的传播速度不不同。同。evovevov正晶体正晶体负晶体负晶体光轴光轴光轴光轴晶体对晶体对 e 光的主折射率：光的主折射率：晶体对晶体对 o 光的主折射率：光的主折射率：oneecnv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）主平面：主平面：晶体中任意一条光线与光轴构成的平面。晶体中任意一条光线与光轴构成的平面。实验表明：实验表明：o 光的光振动垂直于它的主平面，

12、光的光振动垂直于它的主平面，e 光光的光振动平行于它的主平面。的光振动平行于它的主平面。当入射光线正好在当入射光线正好在光轴与晶体表面法线所光轴与晶体表面法线所组成的平面内（即光轴组成的平面内（即光轴位于入射面内）时，位于入射面内）时，o 光和光和 e 光的主平面以及光的主平面以及入射面三者重合，这个入射面三者重合，这个重合面称为重合面称为主截面主截面。光轴光轴入射面入射面法线法线o光的主光的主平面平面e 光的主平面光的主平面iCAB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：ooeeo,eo,e作业：作业：12-29;12-31;12-321、自然光斜入射、自然光斜入射2、自然光垂直入射、自然光垂直入射（光轴平行晶体表面）（光轴平行晶体表面）d(sinsin)在在入入射射光光的的同同测测，光光程程差差 d(sinsin)入入射射光光的的异异测测，光光程程差差 入射光斜入射：入射光斜入射：