光的偏振 .ppt

1、 理解理解自然光与偏振光的区别自然光与偏振光的区别 掌握掌握布儒斯特定律和马吕斯定律布儒斯特定律和马吕斯定律 理解理解线偏振光的获得方法和检验方法线偏振光的获得方法和检验方法 了解了解双折射现象双折射现象 光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射.光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振.机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别（根据振动对波的传播方向是否为轴对称）（根据振动对波的传播方向是否为轴对称）机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝光的偏振光的偏振形象说明偏振的原理形象说明偏振的原理通光方向通光方向腰横别扁担进不了城门腰横别扁担进不了城门一光的偏振状态一光的偏振状态 自然光自然光：一般光

2、源发出的光中，包含着各个方：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光对称）这样的光叫自然光.自然光以两互相自然光以两互相垂直垂直的互的互为独立的为独立的 （无确定无确定的的相位相位关关系）振幅相等的光振动表示系）振幅相等的光振动表示,并各具有并各具有一半一半的振动能量的振动能量.符号表示符号表示vE注意注意 各光矢量间无固定的相位关系各光矢量间无固定的相位关系.二二互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的.偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）符号表示符号表示 部分偏振光部分偏振光：某一方向的光

3、振动比与之垂直方：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光向上的光振动占优势的光为部分偏振光.符号表示符号表示光振动只沿某一固定方向的光光振动只沿某一固定方向的光.振动面振动面vE第一第一 如何判别光源如何判别光源的偏振态的偏振态偏振光的检验偏振光的检验三个基本途径三个基本途径原理：原理：布儒斯特定律布儒斯特定律二向色性二向色性双折射双折射第二第二 如何从普通光如何从普通光源中取得偏振光源中取得偏振光从实用的角度从实用的角度 必须解决两大问题必须解决两大问题空气空气i1n 入射面入射面 入射光线和法入射光线和法线所成的平面线所成的平面.反射光反射光 部分部分偏振光偏振光

4、，垂直于入射面的振动大于平垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动行于入射面的振动.折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的振动大偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动于垂直于入射面的振动.理论和实验证明理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关：反射光的偏振化程度与入射角有关.i光反射与折射时的偏振光反射与折射时的偏振玻璃玻璃2n方法一：方法一：布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）反射光为完全偏振光，且反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。光为部分偏振光。120tannni 当当 时，时，1）反射光和折射光的角度关系反射光和

5、折射光的角度关系120sinsinnni00120cossintaniinni)2cos(sincos0i20i讨论讨论0i0i1n玻璃玻璃2n空气空气120tannni tan)2tan(cot0210inni 2）根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介介质入射于界面时，此质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角角即为布儒斯特角.2n1n 2n玻璃玻璃0i0i1n玻璃玻璃2n0i0i0i1n1空气空气 例例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角为布儒斯特角 ，问在界面，问在界面 2 的反射光是什么光？的反射光是什么光

6、？0i玻璃玻璃2n2注意：注意：一次起一次起偏垂直入射面偏垂直入射面的振动很小。的振动很小。所以反射偏振所以反射偏振光很弱光很弱 。一般。一般应用玻璃片堆应用玻璃片堆增强反射偏振增强反射偏振光的强度。光的强度。注意注意 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃,反射光的强度约占反射光的强度约占入射光强度的入射光强度的7.5%,大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃.利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光0i缺点：所透射的偏振光缺点：所透射的偏振光中中还残留一些与透振方向垂直的还残留一些与透振方向垂直的振动成分；对不同波长能量的吸收具有选择性。振动成分；对不同波长能量的吸收具有选择性。0i0

7、i0iiii讨论讨论讨论下列光线的反射和折射（讨论下列光线的反射和折射（起偏角起偏角 ）.0i例：一平面介质板在水中，板面与水面夹角例：一平面介质板在水中，板面与水面夹角，若已，若已知知n n水水1.331.33，n介介1.68，若要使水面和介质面的反若要使水面和介质面的反射光均为线偏振光，求射光均为线偏振光，求应为多大？应为多大？起起 偏偏 二向色性二向色性:某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质称二这种性质称二向色性向色性.偏振片偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片涂有二向色性材料的透明薄片（实

8、物）（实物）偏振化方向偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向片的偏振化方向.021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器方法二：方法二：偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器（C C）用偏光镜消除了用偏光镜消除了反射偏振光反射偏振光 使使玻璃门内的人物玻璃门内的人物清晰可见清晰可见（A A）玻璃门表面的玻璃门表面的反光很强反光很强（B B）用偏光镜减弱用偏光镜减弱了反射偏振光了反射偏振光动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动

9、光光 学学方法三：方法三：双折射的寻常光和非寻常光双折射的寻常光和非寻常光 nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律方解石晶体方解石晶体（各向异性）（各向异性）光光通过通过双折射晶体双折射晶体 寻常光线（寻常光线（o o光）光）(ordinary rays)(ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线(extraordinray rays)非常光线（非常光线（e e光）光）不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线（一般情况，非常光线不在入射面内）（一般情况，非常光线不在入射面内）实验证明：实验证明：O 光和光和 光均为偏振光光均为偏振光.eACBoeDe

10、o 产产 生生 双双 折折 射射 的的 原原 因因O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面eeevcn 光轴光轴Ovev 寻常光线寻常光线 在晶体中在晶体中各方向上传播速度相同各方向上传播速度相同.vcn常量常量 非常光线非常光线 晶体中各晶体中各方向上传播速度不同方向上传播速度不同,随随方向改变而改变方向改变而改变.为主折射率为主折射率en 光轴：光轴：在方解石这在方解石这类晶体中存在一特殊方类晶体中存在一特殊方向，当光线沿这一方向向，当光线沿这一方向传播时传播时o光和光和e光传播速光传播速度相等，即折射率相同度相等，即折射率相同，不发生双折射现象，不发生双折射现象。称这一方向为晶体的称这一方向

11、为晶体的光光轴轴。光轴光轴102AB光轴光轴787878102102尼科耳棱镜尼科耳棱镜（利用方解石制成的偏振器，只允许一束偏振（利用方解石制成的偏振器，只允许一束偏振光通过，另一束因全反射不能通过）光通过，另一束因全反射不能通过）658.1on486.1en55.1胶nBCAD904868 光光O光光e加拿大树胶加拿大树胶主截面主截面（光入射晶面的法线与光轴构成的平面）（光入射晶面的法线与光轴构成的平面）示意图示意图 BC BC处有黑色涂料将处有黑色涂料将o o光吸收，从尼科尔棱镜中出射光是光吸收，从尼科尔棱镜中出射光是振动方向平行于主截面的线偏振光。振动方向平行于主截面的线偏振光。尼科耳棱

12、镜可用于起偏和检偏尼科耳棱镜可用于起偏和检偏0主截面平行主截面平行90主截面垂直主截面垂直总结前述：从普通光源中获得线偏振光的方法总结前述：从普通光源中获得线偏振光的方法1.利用各向异性物质的二向色性利用各向异性物质的二向色性(偏振片偏振片)物质对振动方向显现出吸收系数的不同物质对振动方向显现出吸收系数的不同2.利用自然光在两个各向同性介质表面的反射利用自然光在两个各向同性介质表面的反射 (布儒斯特仪布儒斯特仪)物质对振动方向显现出反射系数的不同物质对振动方向显现出反射系数的不同3.利用各向异性晶体的双折射利用各向异性晶体的双折射(晶体偏振器晶体偏振器)物质不同方向上显现出光的传播速度不同物质

13、不同方向上显现出光的传播速度不同NM三马吕斯定律三马吕斯定律（1880 年）年）E0Ecos0EE 2020EEII检偏器检偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的偏振的偏振光通过检偏振器后光通过检偏振器后,出射光的强度为出射光的强度为0I 例例1 有两个偏振片有两个偏振片,一个用作起偏器一个用作起偏器,一个用作检一个用作检偏器偏器.当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时,一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ;当它们偏振化方向间当它们偏振化方向间的夹角为的夹角为 时时,另一束单色自然光穿过它们另一

14、束单色自然光穿过它们,出射光出射光强为强为 ,且且 .求两束单色自然光的强度之比求两束单色自然光的强度之比.30601I2I21II 10I20I解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为 和和 .经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 .220I210I经过检偏器后经过检偏器后30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021IIII212cosII 3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II 20cos2I 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系.I31p,p2p2p3p0I1p讨论讨论)2(cos223 II202cos2II 220223sincos21sinIII2sin81203II 若若 在在 间变化，间变化，如何变化如何变化？203I0,23,2,03I8,47,45,43,403II 0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p