第5章-光的偏振.pptx
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1、本章主要内容本章主要内容5-15-15-15-1 光的偏振状态5-25-25-25-2 线偏振光的获得与检验5-35-35-35-3 反射和折射时光的偏振5-45-45-45-4 双折射现象5-55-55-55-5 椭圆偏振光和圆偏振光5-65-65-65-6 偏振光的干涉5-75-75-75-7 人工双折射5-85-85-85-8 旋光现象第1页/共50页第五章 光的偏振所谓偏振偏振是指:光矢量总是与光的传播方向垂直的特性。事实上就是电磁波的横波性光矢量总是处于振动态 振动方向光实质上是电磁波,电磁波都是横波。通常把光波中的电场强度 称为光矢量光矢量。对确定的传播方向,光矢量可能的方向并不唯
2、一。光矢量传播方向 光矢量振动方向第2页/共50页5-1 5-1 光的偏振状态光的偏振状态Polarization States of Light第3页/共50页偏振态偏振态光矢量的振动状态。(振动方向及其角分布)非偏振光自然光自然光 non-polarized/natural light 非偏振光完全偏振光部分偏振光通常光有三类不同的偏振态:光矢量角分布均匀自然光示意图普通光源发出的光都是非偏振光。所有光矢量在任意两个垂直的振动方向上的投影之和相等。光矢量投影第4页/共50页 完全偏振光 线偏振光线偏振光 linearly polarized light 光矢量有单一的振动方向线偏振光示意图
3、 椭圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光圆偏振光光矢量均匀转动(以光的频率)轨迹为椭圆或圆两方向垂直、相差为/2 线偏振光的合成.左旋光左旋光右旋光右旋光分偏振面第6页/共50页 部分偏振光部分偏振光 partial polarized light 光矢量振动方向的角分布不均匀部分偏振光示意图光矢量投影自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。部分偏振光可视为自然光与线偏振光的叠加。=+第7页/共50页5-2 5-2 线偏振光的获得与检线偏振光的获得与检验验Obtainment and Testing of a Linearly Polarized Light第8页/共50页 偏振片偏振片能够吸收一
4、个方向的光矢量而让其垂直方向的光矢量通过,并获得线偏振光的器件。1.线偏振光的获得与检验光矢量能够通过的那个振动方向称为通光方向通光方向或偏振化方向偏振化方向。线栅 硫酸碘奎宁 电气石的二向色性 线偏振光的获得自然光通过偏振片可以获得线偏振光。偏振片用于获得线偏振光时称为起偏起偏器器。第9页/共50页非偏振光I0线偏振光 IP 偏振化方向(通光方向)l 线偏振光的起偏光矢量投影部分偏振光可视为自然光与线偏振光的叠加。=+部分偏振光通过偏振片的光强?第11页/共50页偏振片用于检验偏振状态时称为检偏器检偏器。线偏振光的检验转动用于检验的偏振片观察透射光。当通光方向与入射的线偏振光振动方向垂直时,
5、透射光强为零,即出现消光消光现象。如果有消光,则表明入射光为线偏振光;否则,不是线偏振光。l 若 I 不变,是什么光?l 若 I 变,有消光,是什么光?l 若 I 变,无消光,是什么光?一个偏振片能否用于检验偏振状态?第12页/共50页MalusMalus定律定律1809年实验2.Malus定律入射的线偏振光振动方向与检偏器 P2 的通光方向成任意角 时,出射光的强度为多大?设入射线偏振光光矢量的振幅为 A0,通过 P2 的光矢量振幅为 A。因检偏器只允许P2 方向的光矢量振动分量通过,故有相应的光强关系为第13页/共50页思考1:两个正交偏振片中间再加一个偏振片,将出现什么现象?P1 P3
6、P2第14页/共50页应用:立体电影第15页/共50页 例 光强为 I0 的自然光通过通光方向相互垂直的两块偏振片。现将第三块偏振片插入此两偏振片之间,并令其通光方向与第一块偏振片的通光方向成 角,求透过P2偏振片的光强及其最大值。解:透过第一块偏振片的光强为透过P3偏振片的光强为透过P2偏振片的光强为P1 P3 P2第16页/共50页5-3 5-3 反射和折射时光的偏反射和折射时光的偏振振Polarization of Light in Reflection and Refraction第17页/共50页实验表明:当自然光在两种各向同性的介质分界面上反射和折射时,反射光和折射光的偏振态将发生
7、变化:一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光。当 为特定角 时,反射光为线偏振光,且光矢量垂直于入射面(折射光仍为部分偏振光),该特定角满足BrewsterBrewster(起偏(起偏)角角1812年实验中得到,称为BrewsterBrewster定律定律。第18页/共50页 的等价条件为:反射光线垂直于折射光线反射光线垂直于折射光线即 光的电磁理论建立后,Brewster 定律可以从该理论推 导出来:设垂直于入射面的光矢量称为 s 光;平行于入射面的光矢量称为 p 光。理论上导出 s 光和 p 光的能量反射率分别为第19页/共50页当 时,即反射光的 p 光强度为零,反射光只有 s 光,为
8、线偏振光。折射光中也包含 s 光(因 Rs 1),故折射光为部分偏振光。(空气)(玻璃)第20页/共50页玻璃片堆反射光和折射光的偏振性是普遍存在的。应用这一性质制成的玻璃片堆,可以用它获得线偏振光。产生偏振光的氦氖激光器Brewster窗100%反射率的反射镜99%反射率的反射镜利用这一性质还可以制成产生线偏振光的激光器:第21页/共50页i0 i0i0激光输出布儒斯特窗M1M2i0第22页/共50页第23页/共50页有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰第24页/共50页5-4 5-4 双折射现象双折射现象Birefringence Phenomena第25页/共50页
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