《物理学原理及工程应用》课件1101偏振光和自然光.pptx

1、01 自然光和偏振光自然光和偏振光02 利用偏振片获得线偏振光利用偏振片获得线偏振光 03 利用反射和折射获得线偏振光利用反射和折射获得线偏振光04 双折射现象及其应用双折射现象及其应用第十一章 光的偏振01 光的偏振性光的偏振性02 线偏振光线偏振光03 自然光自然光04 部分偏振光部分偏振光05 圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光11.1偏振光和自然光01 光的偏振性偏振 波的振动方向对于传播方向的不对称性 只有横波才有偏振现象以机械波为例光的干涉和衍射现象说明光具有波动性那么光是横波还是纵波呢？光波是横波，具有偏振性光波是横波，具有偏振性光矢量只限于某一方向的振动光矢量只限于某一方

2、向的振动 平面偏振光平面偏振光 线偏振光线偏振光03 自然光在垂直于光传播方向的平面上在垂直于光传播方向的平面上光矢量在各个可能方向上光矢量在各个可能方向上取向是均匀的取向是均匀的光矢量大小和方向无规律性变化光矢量大小和方向无规律性变化任意两个振动光矢量任意两个振动光矢量A1和和A2是光源发出的两个波列的光矢量是光源发出的两个波列的光矢量两者之间没有固定的相位两者之间没有固定的相位 是大量振动方向不同、无固定相位波列的非相干叠加是大量振动方向不同、无固定相位波列的非相干叠加在观察时间内在观察时间内空间一点的光振动空间一点的光振动12xyxyIIIAA自然光的振动分解为任意两束振动方向相互垂直、

3、振自然光的振动分解为任意两束振动方向相互垂直、振幅相等、无相差关联的非相干光幅相等、无相差关联的非相干光 偏振光的表示偏振光的表示 自然光自然光 线偏振光线偏振光 部分偏振光部分偏振光 在垂直于光传播方向的平面内在垂直于光传播方向的平面内 光矢量在相互垂直的两个方向上光矢量在相互垂直的两个方向上 振动振幅不相同振动振幅不相同垂直于传播方向平面内垂直于传播方向平面内,光矢量的末端轨迹是圆或者椭圆光矢量的末端轨迹是圆或者椭圆圆偏振光和椭圆偏振光由两个频率相同、相位差恒定、振圆偏振光和椭圆偏振光由两个频率相同、相位差恒定、振动方向垂直的线偏振光叠加形成的动方向垂直的线偏振光叠加形成的两个频率相同、相

4、位差恒定、振动方向垂直两个频率相同、相位差恒定、振动方向垂直的线偏振光的叠加的线偏振光的叠加偏振光通过偏振光通过1/4波片波片 起偏起偏 从自然光获得线偏振光的过程从自然光获得线偏振光的过程起偏器起偏器 获得偏振光的器件获得偏振光的器件1928年美国大学生兰德年美国大学生兰德将针状粉末晶体硫酸碘奎宁将针状粉末晶体硫酸碘奎宁有序地蒸镀在透明基片上有序地蒸镀在透明基片上做成偏振片做成偏振片蒸镀上去的晶粒蒸镀上去的晶粒 对某一方向的光有强烈的吸收对某一方向的光有强烈的吸收 对与之垂直的光振动则吸收很少对与之垂直的光振动则吸收很少 这种属性称为二向色性这种属性称为二向色性 1938年将聚乙烯醇薄膜加热

5、年将聚乙烯醇薄膜加热 沿一个方向拉长使碳氢化合物分子形成链状沿一个方向拉长使碳氢化合物分子形成链状 浸入含碘的溶液中，碘原子附着在碳氢链上浸入含碘的溶液中，碘原子附着在碳氢链上 形成形成“碘链碘链”。电子可以在链上自由运动。电子可以在链上自由运动 链方向的光振动链方向的光振动 不能通过薄膜不能通过薄膜利用介质对某一方向振动的光的吸收制成的偏振片利用介质对某一方向振动的光的吸收制成的偏振片把通光方向称为起偏器的偏振化方向，或起偏方向把通光方向称为起偏器的偏振化方向，或起偏方向 偏振片可以用来从自然光获得偏振光偏振片可以用来从自然光获得偏振光P1为起偏器为起偏器P2为检偏器为检偏器自然光入射自然光

6、入射P1出射出射P1后光矢量沿后光矢量沿P1方向方向 偏振光偏振光偏振光入射偏振光入射P2，出射后光矢量沿，出射后光矢量沿P2方向方向 偏振光偏振光固定固定P1方向不动，方向不动，P2绕轴线旋转绕轴线旋转出射光强和光的偏振方向做周期性变化出射光强和光的偏振方向做周期性变化也可用偏振片检验光的偏振性也可用偏振片检验光的偏振性偏振片也称为检偏器偏振片也称为检偏器 P1和和P2平行放置时透射偏振光强度最大平行放置时透射偏振光强度最大 P1和和P2垂直放置时透射偏振光强度最小垂直放置时透射偏振光强度最小 05010015020025030035040000.20.40.60.811.21.4两 偏 振

7、 片 的 夹 角(度)光强 I(mW)bAI)cos(05010015020025030035040000.20.40.60.811.2两 偏 振 片 的 夹 角(度)光强 I(mW)0.0019S由于较小，可进行如下近似：534.02cos534.0I)2cos1(534.02cos068.12cosMImWI390.10马吕斯定律检偏器对透射光有吸收检偏器对透射光有吸收自然光和偏振光入射偏振片自然光和偏振光入射偏振片出射光的强度都会发生变化出射光的强度都会发生变化1808年马吕斯年马吕斯发现了发现了反射时光的偏振反射时光的偏振确定了偏振光强度变化的规律确定了偏振光强度变化的规律根据马吕斯定

8、律可以确定通过偏振片后光的强度根据马吕斯定律可以确定通过偏振片后光的强度 012II 入射光强度入射光强度 0I 方向沿起偏器偏振化方向方向沿起偏器偏振化方向P 出射偏振片的光强度出射偏振片的光强度自然光分解为任意两束自然光分解为任意两束振动方向相互垂直、振幅相等、无相差关联的非相干光振动方向相互垂直、振幅相等、无相差关联的非相干光20cosII0I 入射线偏振光的光强入射线偏振光的光强 光振动方向光振动方向A与偏振片偏振化方向与偏振片偏振化方向P的夹角的夹角 不考虑器件对光吸收不考虑器件对光吸收通过偏振片后的光强通过偏振片后的光强 马吕斯定律马吕斯定律2210cosIAI 入射偏振光矢量入射

9、偏振光矢量A0与偏振化方向与偏振化方向P的夹角的夹角 光矢量振幅在光矢量振幅在P方向上的投影大小方向上的投影大小 通过偏振片的光强通过偏振片的光强 光振动方向沿光振动方向沿P的方向的方向 10cosAA液晶屏是如何发出“线偏振光”的呢？液晶显示原理一台特殊的显示器正在展示中如果剥下液晶屏的第二个偏振片，如果剥下液晶屏的第二个偏振片，会出现什么现象？会出现什么现象？一束自然光入射相互重叠的四块偏振片上一束自然光入射相互重叠的四块偏振片上 四块偏振片偏振方向相互之间的夹角为四块偏振片偏振方向相互之间的夹角为300 求透射光强求透射光强 设入射自然光光强设入射自然光光强 I0通过偏振片通过偏振片P1的光强的光强1012II 通过通过P2、P3、P4 偏振片的光强偏振片的光强221cosII232cosII243cosII601cos2I400.21II通过偏振片通过偏振片P1的光强的光强1012II作业：单元六 光的偏振