F20 光波的偏振 2010T

2020 4 16 1 19 5光学仪器的分辨本领 一光栅的分辨率 光栅的分辨率 N相同时 k 越高 R越高 k 相同时 N大者 R越高 二孔径光学仪器分辨率 2020 4 16 2 大学物理学 光的偏振 2020 4 16 3 第20章光的偏振 20 1偏振光和自然光20 2起偏和检偏马吕斯定律20 3反射与折射光的偏振20 4双折射现象20 5椭圆偏振园偏振光 2020 4 16 4 20 1偏振光和自然光 电磁波是横波 其振动方向垂直于传播方向 在振动平面内 光波有不同的振动状态 根据振动状态 光可以分为 光矢量 在垂直于光传播方向的平面 可能有的振动状态 光的偏振状态 自然光线 完全 偏振光部分偏振光 椭圆偏振光园偏振光 2020 4 16 5 一自然光 自然光各方向的振动光矢量都存在 自然光可分解为两个垂直的 振幅相等的独立光振动 传播方向 2020 4 16 6 线偏振光 仅存在一个方向振动的光矢量 二线 完全 偏振光 2020 4 16 7 三部分偏振光 部分偏振光在一个方向振动的光矢量比其他方向振动的光矢量强 2020 4 16 8 椭圆偏振光 椭园偏振光是由两个相互垂直的光矢量叠加形成的偏振光 某时刻左旋圆偏振光E随z的变化 2020 4 16 9 园偏振光 园偏振光是由两个相互垂直的光矢量叠加形成的偏振光 2020 4 16 10 20 2起偏和检偏马吕斯定律 起偏 检偏 起偏和检偏 P1 P2 P3 2020 4 16 11 马吕斯定律 P1 P2 2020 4 16 12 透射光的光强 消光位置 2020 4 16 13 例1正交偏振片 P1 P3之间加一偏振片P2 光强为I0的自然光垂直入射偏振片P1 求转动P2时 透过P3的光强I与转角的关系 起偏 检偏 检偏 P1 P2 P3 I0 I1 I2 I3 I0经过P1后 2020 4 16 14 I0经过P1后 I1经过P2后 P1 P2 P3 A1 I2经过P3后 2020 4 16 15 20 3反射和折射光的偏振 自然光在各向同性媒质分界面反射和折射时 反射和折射光是部分偏振光 自然光 反射光的偏振化的程度与入射角有关 实验表明 2020 4 16 16 iB为布儒斯特角 当入射角为布儒斯特角iB时 反射光是线偏振光 折射光仍然是部分线偏振光 而且反射光与折射光垂直 布儒斯特定律 2020 4 16 17 利用玻璃片堆从透射光可获得较强线偏振光 利用玻璃片堆产生完全线偏振光 2020 4 16 18 例2 求玻璃的起偏角 玻璃 布儒斯特定律的实质 若以角i入射 则不论什么光成份都有反射 设 则 2020 4 16 19 20 4双折射 光的折射定律给出光折射的规律 一条入射光只有一条折射光 但是有一类晶体物质 一条入射光对应两条折射光 这种现象称为双折射 自然光入射到晶体上一般产生两条折射光 一条遵守折射定律 称寻常光 o光 一条不遵守折射定律 称非寻常光 e光 它们都是线偏振光 且振动方向互相垂直 2020 4 16 20 2 有关双折射的几个概念 晶体的光轴 晶体内存在一个特别的方向 光线沿这一特定的方向传播 o光和e光的传播速度相同 不发生双折射 晶体有单轴晶体和多轴晶体 光线的主平面 在晶体中传播的光线与晶体光轴组成的平面称为该光线的主平面 晶体中o光和e光有各自的主平面 o光的振动方向垂直于o光的主平面 e光的振动方向平行于e光的主平面 2020 4 16 21 当晶体的光轴在入射面内时 o光和e光的主平面重合 o光的振动方向垂直于o光的主平面 e光的振动方向平行于e光的主平面 2020 4 16 22 i e光 o光 光轴 当晶体的光轴垂直于入射面时 o光和e光的主平面不重合 o光的振动方向垂直于o光的主平面 e光的振动方向平行于e光的主平面 2020 4 16 23 3 产生双折射的原因 晶体的各向异性 在晶体中o光和e光的传播速度不相同 导致光束分离 由晶体折射率的定义 o光在晶体中传播各向同性 沿各方向传播速度相同 其折射率是单值no e光在晶体中传播各向异性 光沿不同方向传播其速度不同 则其折射率不是单值 是方向的函数 e光垂直于光轴方向的折射率为主折射率ne 垂直于光轴方向的速度 2020 4 16 24 点光源在传播时 如果光束各向同性 波面是球面 如果光束各向异性 波面不是球面 实验表明 o光的波面是球面 e光的波面是旋转椭球面 负晶体 方解石 2020 4 16 25 负晶体光轴在入射面内 与晶体表面平行 光线垂直入射 在晶体中传播的光线与晶体光轴组成的平面称为该光线的主平面 O光 O光 e光 e光 光轴 4 用惠更斯原理解释双折射 以负晶体为例 2020 4 16 26 负晶体光轴在入射面内 与晶体表面平行 光线平行斜入射 光轴 2020 4 16 27 负晶体光轴垂直射面 与晶体表面平行 光线平行斜入射 o光的振动方向垂直于o光的主平面e光的振动方向平行于e光的主平面 光轴 这种特殊情况下o光 e光都可用折射定律 2020 4 16 28 负晶体光轴在入射面内 与晶体表面不平行 光线平行斜入射 o 光轴 2020 4 16 29 格兰汤姆孙棱镜 玻璃n 1 655 方解石no 1 6584ne 1 4864 e o i 5 利用双折射获得线偏振光 胶合剂n 1 655 o光 几乎无偏折进入方解石而后进入空气 存在临界情况 全反射 2020 4 16 30 只要保证 e o e光在分界面处被全反射 而后进入空气 o光和e光被完全分开 从而获得偏振度很高的偏振光 2020 4 16 31 20 5椭圆偏振园偏振光 o光是振动方向与主平面垂直的光 e光是振动方向与主平面平行的光 当光轴在光线入射面内时 o光和e光的主平面重合o光e光的振动方向相互垂直 两个相互垂直的同频率振动合成结果是园或是椭圆 2020 4 16 32 o光的振动 e光的振动 正椭圆偏振光 圆偏振光 线偏振光 2020 4 16 33 2020 4 16 34 只要保持 就可以得到稳定的圆或正椭圆偏振光 o光e光形成 自然光入射时 o光e光虽然形成 但不能合成稳定的干涉结果 自然光入射 2020 4 16 35 偏振光入射时 由于晶体内的o光e光是同一偏振光分离出来的光线 e O 光轴 主平面入射面 出射的o光e光有恒定位相差 能合成稳定的园或椭圆偏振光 正晶体 负晶体 对于负晶体 e光超前o光 对于正晶体 e光落后o光 2020 4 16 36 o o光e光分开 d o光通过厚度为d的晶体时光程是 e光通过厚度为d的晶体时光程是 e 出晶体后 o光和e光间的光程差是 对应位相差是 2020 4 16 37 只要适当控制晶体的厚度 就可以控制o光和e光的位相差 光程差 当 正椭圆偏振 圆偏振 对应光程差 满足上式厚度的晶体称为对应波长 的四分之一波片 2020 4 16 38 四分之一波片可使线偏振光变成光程差为四分之一波长的o光和e光 E O 光轴 线偏振光通过四分之一波片后变成圆 椭圆 偏振光 四分之一波片可以形成圆偏振光和自然光 2020 4 16 39 四分之一波片可使原本有四分之一波长光程差的o光和e光的光程差变成二分之一波长光程差 E O 圆 椭圆 偏振光通过四分之一波片后变成线偏振光 四分之一波片可以辨别圆偏振光和自然光 光轴 2020 4 16 40 检验和区分部分偏振光时 常用四分之一波片放在被检验光线后 看是否变为线偏振光 E O 光线具有可逆的性质 圆 椭圆 偏振光通过四分之一波片后变成线偏振光 光轴 线偏振光 椭圆或园偏振光 线偏振光