21大学物理光的偏振.ppt

17－12光的偏振性马吕斯定律,横波振动方向的不同会引起传播情况的差异。,纵波的振动方向与传播方向在一条直线上，都能通过狭缝，没有偏振现象。,振动方向对传播方向的不对称性称为偏振,只有横波才有偏振现象,,光波是电磁波（横波）光波中参与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是E矢量，称为光矢量。E矢量的振动称为光振动。,E与传播方向组成的平面称为振动面，光矢量这种具体的振动方式称为光的偏振态。,光矢量振动面,E矢量的振动方向对传播方向的不对称性称为偏振。,研究光的振动方向的特性即光的偏振性,,一、光波的偏振态,1、线偏振态由垂直光的传播方向考察，光矢量沿一个固定方向的直线振动,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,线偏振光的表示法,,,,,,,光振动与纸面斜交,自然光由普通光源发出的,普通光源的发光机理1普通光源总包含着数目极多的辐射微元原子或分子,各个元辐射体发光的时间,振动方向和相位等都是互相独立,彼此无关的.,二.自然光,2考察每一个单独的元辐射体,它所发出的光也不是理想的无限长波列.因为原子每次辐射的持续时间大约只有10-8秒或更短,这段时间内其振动方向和初相恒定,但是,各次辐射中其振动方向和初相都在作随机变化.,3我们的观察时间一般总比原子每次辐射的时间长的多,因此,即使是对单独的原子光源,其探测结果亦是振动方向与初相位均在作迅速无规变化的一系列有限长偏振波列的总效应.加之大量原子辐射的同时存在,所以实际普通光源的光场中,在任意时刻总存在着各种振动方向及相位独立无关的大量振动.,自然光的表示法,一束自然光任意方向的振动都不应比其它方向的振动占优势，因此,在统计平均的意义上,普通光源的强度具有轴对称分布的特性，可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。,部分偏振光光波既不是完全偏振光,也不是自然光,而是两者的混合。,部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。,部分偏振光的表示法,偏振光在科学研究,等领域获得极为广泛的应用,但是普通光源发出的光是自然光,通过什么途径来获得线偏振光,二偏振片起偏与检偏律,偏振片能够将自然光变为偏振光的元件，只允许某一方向的光振动通过，该方向为通光方向，称为偏振化方向。,从自然光获得线偏振光的过程称为起偏,获得线偏振光的器件或装置称为起偏器.起偏器有多种,例如,利用光的反射起偏的玻璃片堆,利用晶体的二向色性的各类偏振片.,,例如,两向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片,,二、偏振片的起偏和检偏,起偏使自然光变成线偏振光的过程。,检偏检查入射光的偏振性。,I不变，是什么光,I变，是什么光,一束光强为I0的自然光透过起偏器，透射光强为,,,,,,,.,.,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,,,,,,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,,,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,,,,,,,,,.,.,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,,,,,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,,,,,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,,两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零,,,,,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.,,,,,,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,,,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,,,,,,.,,,,,,检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,.,检偏器,自然光,,,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,,,,,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,.,检偏器,自然光,,,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,,,,,,,,,,,,,,,,.,检偏器,,,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,,,,,,,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,.,检偏器,自然光,,,,,,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,,,,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,.,检偏器,自然光,,,,,,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,,,,,,,,,.,.,.,.,,,,,,,,.,检偏器,自然光,,,,,,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,二.马吕斯定律,消光,一束光强为I0的线偏振光，透过检偏器以后，透射光强为I，线偏振光的振动方向与检偏器的偏振化方向之间的夹角。,,三、马吕斯定律的应用,例1如图所示，两偏振片的透偏振方向间的夹角为，光源为自然光源。求通过第二个偏振片的光强。,17－13反射和折射时的偏振光,反射和折射时光的偏振,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化,,理论实验表明反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的7.4，而约占85的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,1.5,1.5,1.5,1.0,1.0,1.0,1.0,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,多次反射以除去垂直入射面振动成分，使最后透射出来的光几乎完全为振动面平行入射面的偏振光。。,为了增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆的办法。一束自然光以起偏角56.30入射到20层平板玻璃上，如图,最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光,例题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（水的折射率为1.33），求布儒斯特角该材料对水的相对折射率是多少,解设该材料的折射率为n，空气的折射率为1,解放在水中，则对应有,所以,该材料对水的相对折射率为1.2,光,光,当方解石晶体旋转时，,双折射,纸面,方解石晶体,,17-14双折射偏振棱镜,实验,一、晶体的双折射现象,光,光,,双折射,纸面,方解石晶体,,一、双折射现象,天然的方解石晶体CaCO3、石英SiO2等都是双折射晶体,一束入射光在晶体内变为两束折射光的现象称为晶体的双折射,,入射面,二、寻常光（o光）和非常光（e光）,1寻常光遵守通常的折射定律沿晶体内任何方向都具有相同的折射率（即波速相同），且在入射面内传播，简称它为O光。,２、非常光不遵守通常的折射定律在晶体内折射率（即波速）随方向而变化，并且不一定在入射面内传播，简称为e光。,,,,,,,,,,,,,,,,,,o光,e光,O光是线偏振光,e光也是线偏振光，但光振动的方向与ｏ光不同。,三、晶体的光轴与光线的主截面,１、晶体的光轴是晶体内的一个特征方向。沿该方向传播的光束，不发生双折射。沿该方向ｏ光与ｅ光具有相同的折射率。,光轴,方解石晶体的光轴与晶体的三个棱边成等角,具有一个光轴方向的晶体，称为单轴晶体。例如方解石、石英等。,具有两个光轴方向的晶体，称为双轴晶体。例如云母、硫黄等。,主平面晶体中其光线与晶体光轴构成的平面。,o光的振动面垂直于o光的主平面，e光的振动面在e光的主平面内，可以近似认为两者的光矢量振动方向垂直。,若光轴在入射面内，实验发现O光、e光的主平面严格重合，O光、e光均在入射面内传播，且振动方向相互垂直。,对一个给定的入射光，两个主平面一般并不重合，但夹角很小。,设光轴沿z方向。,O光的主截面为yoz平面；e光的主平面也为yoz平面。,3、o光与e光的偏振方向,1）o光的光振动与其主截面垂直,2）e光的光振动在其主截面内,用惠更斯原理解释光的双折射现象,惠更斯原理,O光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。即具有各向同性的传播速率。,e光在晶体内任意点所引起的波阵面是绕光轴转动的旋转椭球面。沿光轴方向与O光具有相同的速率。,负晶如方解石,正晶如石英,沿光轴方向，两束光的光振动均与光轴垂直，故沿光轴方向o光与e光的折射率相等；,3、主折射率称沿垂直于光轴的方向o光与e光的折射率为o光与e光的主折射率，用no与ne表示。,4、正晶体与负晶体no〈ne，vove的晶体称为正晶体（如石英）；no〉ne，vo〈ve的晶体称为负晶体（如方解石）。,在垂直于光轴方向，o光的光振动仍与光轴垂直，但e光的光振动则与光轴平行，故沿垂直于光轴的方向o光与e光的折射率相差最大。,e光在垂直于光轴方向上的传播速率在该方向的折射率,O光折射率,e光主折射率,,,五、偏光棱镜,1、尼科耳棱镜,两块特殊要求加工的直角方解石，如图,加拿大树胶的折射率n1.55，O光入射角大于其临界角69012’，被全反射在CN处为涂黑层所吸收。,出射光为偏振方向在ACNM平面内的偏振光。,方解石的折射率n01.658,,,A,C,N,M,,e,,,,,,,760,,O,,