第21章光的偏振(修11)

1、第二十章第二十章 光的偏振光的偏振一、一、光学仪器的分辨本领光学仪器的分辨本领上次课主要内容上次课主要内容瑞利判据：瑞利判据：两个光点两个光点刚可分辨刚可分辨瑞利判据瑞利判据最小分辨角：最小分辨角：D 22.11 分辨本领：分辨本领：11.22DR RD 第二十章第二十章 光的偏振光的偏振二、光栅衍射二、光栅衍射2 2、光通过光栅后的光强分布、光通过光栅后的光强分布1 1、光栅常数、光栅常数d = a+bd = a+b 0p焦距焦距 f缝平面缝平面 G观察屏观察屏透镜透镜 L dsin d 多光束干涉多光束干涉和和单单缝衍射缝衍射联合作用的联合作用的结果。结果。 多光束干涉明纹（主极大）条件多

2、光束干涉明纹（主极大）条件 kd sink = 0,1,2, 光栅方程光栅方程第二十章第二十章 光的偏振光的偏振sin 04-8-48( /d)N = 4N2 I0单单多缝干涉多缝干涉N2I0单单sin 048-4-8( /d )光栅衍射光栅衍射光强曲线光强曲线3 3、光栅衍射、光栅衍射（1 1）多缝干涉主极大受单缝衍射的调制）多缝干涉主极大受单缝衍射的调制sin 0I0单单-2-112( /a)单缝衍射单缝衍射第二十章第二十章 光的偏振光的偏振（2 2）缺级现象）缺级现象 kadk三、三、X X射线的衍射射线的衍射18951895年年 伦琴伦琴(Roentgen)(Roentgen)发现发现

3、波长范围：波长范围：1010埃埃 0.010.01埃埃11.22DR 应用：、？应用：、？ 、晶体结构分析、晶体结构分析 、光谱分析、光谱分析第二十章第二十章 光的偏振光的偏振波波 动动 光光 学学第第 21 21 章章光光 的的 偏偏 振振第二十章第二十章 光的偏振光的偏振21.1 21.1 自然光和偏振光自然光和偏振光21.2 21.2 由介质吸收引起的光的偏振由介质吸收引起的光的偏振21.3 21.3 由反射引起的光的偏振由反射引起的光的偏振21.4 21.4 由双折射引起的光的偏振由双折射引起的光的偏振21.5 21.5 由散射引起的光的偏振由散射引起的光的偏振21.6 21.6 旋光

4、现象旋光现象目目 录录21.5 21.5 21.6 21.6 不讲不讲第二十章第二十章 光的偏振光的偏振一、完全偏振光一、完全偏振光E播播传传方方向向振振动动面面线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：EEyEx yx 1 1、线偏振光、线偏振光（linearly polarized lightlinearly polarized light） cosEEx 线偏振光表示法：线偏振光表示法： 光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面面对光的传播方向看面对光的传播方向看光矢量光矢量E E21.1 21.1 自然光和偏振光自然光和偏振光 sinEEy

5、 光矢量垂直于传播方向光矢量垂直于传播方向第二十章第二十章 光的偏振光的偏振2 2、圆偏振光、圆偏振光（circularly polarized lightcircularly polarized light） 线、圆和椭圆偏振光线、圆和椭圆偏振光 完全偏振光完全偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光（elliptically polarized lightelliptically polarized light）右旋右旋椭圆椭圆偏振光偏振光右旋右旋圆圆偏振光偏振光观测观测 0 0 y y y yx x z z传播方向传播方向 /2 /2x x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光 E E 随随 z z 的

6、变化的变化E E观测观测第二十章第二十章 光的偏振光的偏振为某个确定值的为某个确定值的线偏振光的合成。线偏振光的合成。右旋圆偏振光的合成。右旋圆偏振光的合成。l圆圆和和椭圆偏振光椭圆偏振光可看成是两束频率相同、可看成是两束频率相同、传播方向一致、传播方向一致、振动方向相互垂直、振动方向相互垂直、相位差相位差l线偏振光线偏振光则可以看成是两束则可以看成是两束频率频率相同、相同、相位相位相同、相同、振幅振幅相同、相同、传播方向传播方向也相同的也相同的左、左、相位差相位差 /2或或3 /2x y yx x，y 振幅相同，振幅相同，相位差不等于相位差不等于0，和和 2 /2， ， 3 /2第二十章第二

7、十章 光的偏振光的偏振二、二、完全非偏振光完全非偏振光自然光自然光（natural lightnatural light）垂直的、等幅的、垂直的、等幅的、不相干不相干的线偏振光。的线偏振光。yxEE xyxIIII2 自然光的表示法：自然光的表示法：没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解一束自然光可分解为两束振动方向相互一束自然光可分解为两束振动方向相互不相干不相干第二十章第二十章 光的偏振光的偏振三、部分偏振光三、部分偏振光表示法：表示法： 自然光和完全偏振光的混合，就构成了自然光和完全偏振光的混合，就构成了部分部分部分偏振光可看成是自然光和线偏振部分偏振光可看成是自然光和线偏振光

8、的混合，光的混合，偏振光。偏振光。分解分解不相干不相干平行板面的平行板面的光振动较强光振动较强 垂直板面的垂直板面的光振动较强光振动较强就是这种部分偏振光，就是这种部分偏振光，天空中的散射光和水面的反射光天空中的散射光和水面的反射光它可以分解如下：它可以分解如下：第二十章第二十章 光的偏振光的偏振一、起偏一、起偏l起偏的原理起偏的原理：利用某种光学的不对称性利用某种光学的不对称性l偏振片偏振片（PolaroidPolaroid）P:P:（获得线偏振光）获得线偏振光）分子型：分子型：线栅起偏器线栅起偏器 入射入射电磁波电磁波l起偏器起偏器（polarizerpolarizer）：）：起偏起偏的光

9、学器件的光学器件微晶型：微晶型：非偏振光非偏振光线偏振光线偏振光光轴光轴电气石晶片电气石晶片：从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光（常用）（常用）21.2 21.2 由介质由介质吸收吸收引起的光的偏振引起的光的偏振第二十章第二十章 光的偏振光的偏振非偏振光非偏振光I I0 0线偏振光线偏振光 I IP 偏振化方向偏振化方向 （通光方向）（通光方向）021II 二、马吕斯定律二、马吕斯定律（Malus lawMalus law） I0IPP E0 E = E0cos , 200EI 20cosII ，0max0III 02 I， l 线偏振光的起偏线偏振光的起偏 马吕斯定律马吕斯定律（18091

10、809） 消光消光 2202cos EEI 第二十章第二十章 光的偏振光的偏振三、线偏振光的检偏三、线偏振光的检偏检偏：检偏：用偏振器件检验光的偏振态用偏振器件检验光的偏振态I I? ?P P待检光待检光l 若若 I I 不变，是什么光？不变，是什么光？l 若若 I I 变，有消光，是什么光？变，有消光，是什么光？l 若若 I I 变，无消光，是什么光？变，无消光，是什么光？然光混合而成的然光混合而成的部分偏振光部分偏振光设入射光可能是设入射光可能是自然光自然光线偏振光线偏振光 或由线偏振光与自或由线偏振光与自或或旋转旋转第二十章第二十章 光的偏振光的偏振四、偏振片的应用四、偏振片的应用偏振片

11、的应用很多，例如：偏振片的应用很多，例如：l作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。反射光。l制成偏光眼镜，可观看立体电影。制成偏光眼镜，可观看立体电影。l若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与 l作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。可以避免汽车会车时灯光的晃眼可以避免汽车会车时灯光的晃眼。地面成地面成4545 角、且向同一方向倾斜的偏振片，角、且向同一方向倾斜的偏振片，第二十章第二十章 光的偏振光的偏振应用：应用： 立体电影立体电影第二十章第二十章 光的偏振光的偏振思考思考1： 两个

12、正交偏振片中间再加一个偏振片，将出现什么现象？两个正交偏振片中间再加一个偏振片，将出现什么现象？PA 思考思考2： 光强为光强为I0 的一束自然光的一束自然光, 依次通过三个偏振片依次通过三个偏振片P1 、P2 、P3 ，已知已知P1 和和 P3 的偏振化方向相互垂直，且偏振片无吸收的偏振化方向相互垂直，且偏振片无吸收 , 设设P1 和和P2 的偏振化方向的夹角为的偏振化方向的夹角为。若以入射光为轴旋转若以入射光为轴旋转P2 则通过这则通过这三个偏振片后的光强三个偏振片后的光强是是_ ；当；当为为_时，时，I有最大值有最大值_ 。第二十章第二十章 光的偏振光的偏振一、反射和折射时光的偏振一、反

13、射和折射时光的偏振自然光反射和折射后成为部分偏振光自然光反射和折射后成为部分偏振光n n1 1n n2 2i i i ir rS S 分量分量P P 分量分量反射光反射光垂直入射面的分量垂直入射面的分量（S S ）比例大，比例大，折射光折射光平行入射面的分量平行入射面的分量（P P ）比例大，比例大，入射角入射角i i 变变反射、折射光的偏振度也变。反射、折射光的偏振度也变。21.3 21.3 由反射引起的光的偏振由反射引起的光的偏振第二十章第二十章 光的偏振光的偏振i i = = i i0 0 时，反射时，反射光只有光只有S S 分量：分量：i i0 0 布儒斯特角布儒斯特角（Brewste

14、r angleBrewster angle）或或 起偏角起偏角i0 +r0 = 90 由由 120200sinc ssionninnri得布儒斯特得布儒斯特（BrewsterBrewster）定律定律 （18121812年）年） 21120tgnnni n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光S第二十章第二十章 光的偏振光的偏振互互余余 空空气气玻玻璃璃 玻玻璃璃空空气气 423350.100.1tg 185600.150.1tg 1010ii【思考】【思考】如何测量不透明介质的折射率？如何测量不透明介质的折射率？则：则：若若 n n1 1 =1.00 =1.00 （空气），（空气），n n 2

15、2 =1.50=1.50（玻璃），（玻璃），第二十章第二十章 光的偏振光的偏振有反射光干扰的橱窗有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰片消除了反射光的干扰第二十章第二十章 光的偏振光的偏振二、玻璃片堆起偏和检偏二、玻璃片堆起偏和检偏 1 1、起偏：、起偏：当当 时反射光是线偏振的，可用来起偏。时反射光是线偏振的，可用来起偏。0ii 但单次反射的反射光强太低（只占但单次反射的反射光强太低（只占1515），而且方），而且方向发生变化，使用不方便。因此更多利用向发生变化，使用不方便。因此更多利用 时的折时的折射光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。射光起偏

16、，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。0ii i0接近是线偏振光接近是线偏振光玻璃玻璃片堆片堆线偏振光线偏振光第二十章第二十章 光的偏振光的偏振l若反射光光强不变若反射光光强不变 入射光是自然光；入射光是自然光；l若反射光光强变且有消光若反射光光强变且有消光 入射光是线偏振光；入射光是线偏振光；l若反射光光强变且无消光若反射光光强变且无消光 入射光是部分偏振光。入射光是部分偏振光。让待检验的光以布儒斯特角让待检验的光以布儒斯特角i i 0 0 入射到界面上，入射到界面上，保持保持i i = = i i0 0不变，以不变，以入射线为轴旋转界面入射线为轴旋转界面：2 2、检偏、检偏 （不包括圆和椭圆

17、偏振光）（不包括圆和椭圆偏振光）第二十章第二十章 光的偏振光的偏振象象折射现折射现双双折射现折射现方解石晶体方解石晶体CaCO3纸面纸面 双折射现象双折射现象21.4 21.4 由双折射引起的光的偏振由双折射引起的光的偏振第二十章第二十章 光的偏振光的偏振光光光光双双折折射射令方解石晶体绕光线旋转令方解石晶体绕光线旋转第二十章第二十章 光的偏振光的偏振光光光光双双折折射射第二十章第二十章 光的偏振光的偏振光光 光光双双折折射射第二十章第二十章 光的偏振光的偏振光光光光双双折折射射第二十章第二十章 光的偏振光的偏振一、晶体中光的双折射现象一、晶体中光的双折射现象 方解石方解石1 1.双折射双折射

18、o 光光e 光光2. 2. 寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光折射光线中有一条始终在入射折射光线中有一条始终在入射两面内，并遵从折射定律，称两面内，并遵从折射定律，称为寻常光，简称为寻常光，简称OO( (S S分量）。分量）。 另一条光一般不遵从折射定律，另一条光一般不遵从折射定律，称非常光，简称称非常光，简称e e光光( (P P分量）。分量）。 。 ioe1n2ns1R2R一束光入射到各向异性的介质一束光入射到各向异性的介质后，出现两束折射光线的现象。后，出现两束折射光线的现象。第二十章第二十章 光的偏振光的偏振3. 3. 晶体的光轴晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折当光

19、在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。射，该方向称为晶体的光轴。 光轴光轴是一特殊的方向是一特殊的方向, ,凡平凡平行于此方向的直线均为光轴。行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体。只有一个光轴的晶体。双轴晶体双轴晶体: : 有两个光轴的晶体。有两个光轴的晶体。光轴光轴 第二十章第二十章 光的偏振光的偏振上次课主要内容上次课主要内容一、一、自然光和偏振光自然光和偏振光a a 、线偏振光、线偏振光1 1、完全偏振光完全偏振光线偏振光表示法：线偏振光表示法：面对光的传播方向看面对光的传播方向看光矢量光矢量E E 光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面第二十章第二十章 光的偏振光的偏振b b、圆偏振光、圆偏振光, ,椭圆偏振光椭圆偏振光 线、圆和椭圆偏振光线、圆和椭圆偏振光 完全偏振光完全偏振光右