F20 光波的偏振 2009

1、2021-10-241 kbasin 19.5 光学仪器的分辨本领一 光栅的分辨率光栅的分辨率NkR 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2021-10-242 同单狭缝的衍射一样，作为光波的阻挡物单园孔也能产生衍射。园孔夫琅和费衍射在屏幕上形成中心为亮园斑与同心环的衍射图型。中央主极大是一个亮园斑圆孔衍射1.现象爱里斑2021-10-243圆孔衍射1. 现象22. 1sin1DD22. 1sin111D1DDffr22. 1tg1第一暗纹位置r爱里斑半径衍射显著衍射不显著Df1圆孔衍射会使光学仪器的成像质量变差！aa爱里斑2021-10-244 当园孔直

2、径 D 加大时，衍射不明显，高级次的衍射环向中央极大靠拢，以至于人眼不能分辨这些衍射环，其效果是“边缘”模糊的感觉。 以衍射的角度看光学仪器成象，任何光学仪器都不能成清晰的像。2021-10-24522. 11DRD22. 1sin11分辨本领（率）最小分辨角D22. 11 D提高分辨本领的途径望远镜显微镜2. 光学仪器分辨率2021-10-246估算人瞳孔的最小分辨角mmD3nm550radD31023. 222. 1lymmmyl9 . 01091023. 2223若两物点相距 ，要能分辨最多离人多远？mmy2yl设 lyD22. 122. 1若已知可分辨最小距离y:2021-10-247

3、ylD22. 1lyD22. 122. 1lyy 两物点之间的距离 l 能分辨的两物点到仪器的距离 D 仪器的孔径lDly22. 12021-10-248 19.6 X 射线的衍射1. x 射线1895年伦琴发现 x 射线波长很短的电磁波nm1 . 0劳厄用晶体作为x 射线的天然三维光栅单晶x 射线NaCl多晶x 射线NaCl 每个微粒（原子、分子、离子）都是散射子波的波源，这些子波的干涉加强形成了斑点。-KAx射线x射线管+劳厄斑2021-10-249布喇格公式CBAC, 2 , 1sin2kkd作用：（1）已知 d 及亮斑的位置，可求 x 射线的波长。（2）根据图样及 ，可研究晶格结构和

4、x 射线的性质kdsin22. 布喇格公式: : 掠射角掠射角d : : 晶面间距晶面间距(晶格常数晶格常数)将晶体视为许多晶面族组成将晶体视为许多晶面族组成光线倾斜入射：光线倾斜入射：2021-10-2410kdsin211sin2kd22sin2kddkdsin光线垂直入射：光线垂直入射：11sinkd22sinkd2021-10-24112021-10-2412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2021-10-241320.1 20.1 偏振光和自然光偏振光和自然光 电磁波

5、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.E 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 2021-10-2414一 自然光自然光各方向的振动光矢量都存在传播方向 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2021-10-2415线偏振光 仅存在一个方向振动的光矢量yxzEHu在同一波线上 平行振动，振动面为 面，这种现象称偏振。Exy二 线(完全)偏振光2021-10-2416三 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

6、矢量强2021-10-2417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 0 y yx z传播方向 /2xE2021-10-2418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 2021-10-241920.2 起偏和检偏 马吕斯定律起偏检偏起偏和检偏P1P22021-10-2420马吕斯定律sincos00AAAATN NATA0AP1P22021-10-2421透射光的光强：20cosIIN2NNAI23,2消光位置NATAsincos00AAAATN2021-10-2422例1 正交偏振片，P1、P3之间加一偏振片P2，

7、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0A1A2A3AP1P2P3I00121II I1I2I3I0经过P1后：2021-10-2423I I0 0经过经过P P1 1后：后：0121II I I1 1经过经过P P2 2后：后：P P1 1P P2 2P P3 3A A1 1I I2 2经过经过P P3 3后：后：2222223sin2coscosIIII20212cos2cosIII2203sincos2III2sin820II 2021-10-242420.3 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

8、是部分偏振光。部分偏振光 （ ）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：2021-10-242512 nnitgB1n2niBiB为布儒斯特角2Bi 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。sinsin21ninBBBinincos2sin22布儒斯特定律2021-10-2426利用玻璃片堆从透射光可获得较强线偏振光。Bi利用玻璃片堆产生完全线偏振光。2021-10-2427讨论：当光以 入射时，无反射光，你能对入射光作出什么结论？Bi例2.求玻璃的起偏角？11n3 .565 . 11121tgnntgiB5.

9、12n玻璃布儒斯特定律的实质：线偏振光，且 入射面。EE分量在 角入射时不反射，全部透射。Bi1n2nBi若以角 i 入射，则不论什么光成份都有反射。设则2021-10-242820.4 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。1. 现象玻璃晶体（方解石）自然光自然光oe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。2021-10-24292. 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，

10、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。2021-10-2430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。ie光o光光轴2021-10-2431ie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。

11、2021-10-24323.产生双折射的原因产生双折射的原因：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：vcn 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:oovcn 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:eevcn 垂直于光轴方向的速度2021-10-2433 点光源点光源在传播时，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。eeonnvv o 负晶体(方解石

12、)o光e光ovev光轴eeonnvv o 正晶体o光e光ovev光轴(石英)2021-10-2434 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 )2021-10-2435 负晶体光轴在入射面内，与晶体表面平行，光线平行斜入射。o光轴e2021-10-2436 负晶体光轴垂直射面，与晶体表面平行，光线平行斜入射。eo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o这种特殊情况下o光e光都可用折射定律oornisinsin eernisinsin

13、2021-10-2437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。oe光轴2021-10-2438格兰 汤姆孙棱镜玻璃 n=1.655方解石 no=1.6584 ne=1.4864eoionn ooninsinsin oi5.利用双折射获得线偏振光胶合剂 n=1.655o光: 几乎无偏折进入方解石而后进入空气e光: 玻璃 方解石，光密 光疏存在临界情况：全反射enn 2021-10-2439enn 只要保证：90 sinsine eenin898. 0655. 14864. 1sinnnieo9 .63ieoie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

14、偏振度很高的偏振光eninsin2021-10-244020.5 椭圆偏振 圆偏振光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.2021-10-24412211coscostAytAxo光的振动光的振动e光的振动光的振动12212212212sincos2AAxyAyAx2121222212AyAx21AA 正椭圆偏振光正椭圆偏振光圆偏振光圆偏振光2 , 012kxxAAy21线偏振光线偏振光2021-10-2442-202-4-3-2-1012340

15、-202-4-3-2-101234/4-202-4-3-2-101234/2-202-4-3-2-1012343/4-202-4-3-2-101234-202-4-3-2-101234-202-4-3-2-1012345/4-202-4-3-2-1012343/2-202-4-3-2-1012347/4-202-4-3-2-1012342左旋左旋右旋右旋0 yx 0 yx 2021-10-2443只要保持212就可以得到稳定的圆或正椭圆偏振光eoo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2021-10-2444 偏振光入射偏振光入射时，由于晶体内的o光e

16、光是同一偏振光分离出来的光线，eO光轴主平面主平面入射面入射面 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。sincosAAAAoeeeonnvv o eeonnvv o 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。2021-10-2445oo光e光分开do光通过厚度为d的晶体时光程是：dnoe光通过厚度为d的晶体时光程是：dnee出晶体后，o光和e光间的光程差是：dnndndnoeoe对应位相差是：对应位相差是：dnnoe22021-10-2446dnnoe2 只要适当控制晶体的厚度，就可以控制只要适当控制晶体的厚度，就可以控制o光和光和e 光光的位相差（

17、光程差的位相差（光程差) )。当当24dnnoe1222212AyAx21AA 正椭圆偏振圆偏振对应光程差对应光程差4满足上式厚度的晶体称为对应波长满足上式厚度的晶体称为对应波长 的的四分之一波片四分之一波片。2021-10-2447 四分之一波片可使四分之一波片可使线偏振光线偏振光变成光程差为四分变成光程差为四分之一波长的之一波长的o光和光和e光光。EO光轴2 4 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。2021-10-2448 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。EO2 4 圆（椭圆）偏振光通过四

18、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2021-10-2449 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。EO2 4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41波片41波片2021-10-2450 椭圆或园偏振光线偏振光41波片部分偏振和自然光有消光41波片部分偏振和自然光转动 偏振片转动 偏振片无消光2021-10-2451线偏振光e0线偏振光o2圆偏振光4椭圆偏振光其它值波片时为当414 oenndeO光轴主平面d2021-10-2452使2dnnoe对应光程差：2满足上式厚度的晶体称为对应波长的二分之一波片。同样原理，在控制晶体的厚度时：如果-202-4-3-2-1012340-202-4-3-2-101234/4-202-4-3-2-101234/2-202-4-3-2-1012343/4-202-4-3-2-101234-202-4-3-2-101234-202-4-3-2-1012345/4-202-4-3-2-1012343/2-202-4-3-2-1012347/4-202-4-3-2-1012342左旋左旋右旋右旋0yx0yx0 xAAye