光学教学课件：chapt5-3_Polarization generation

1、15-3偏振光的强度 5-3-1 偏振器(Polarizer) 自然光通过一个光学元件，成为偏振光 产生线偏振光 - 线偏振器； 产生椭圆偏振光 - 椭圆偏振器。 偏振器23 从自然光（非偏振光）产生偏振光的途径： 晶体的双折射。 反射和折射； 二向色性（选择性吸收）； 散射；45-3-2 Malus 定律 如图所示，线偏振器只让某个振动方向的光通过，该方向定义为线偏振器的透射轴。 透射轴一个光强为I 自 的自然光经过偏振器后，光强 = ？I 自I 0=?5计算光强为 I 自 的自然光经过偏振器后的光强 I0 ：透射轴aE自E0对自然光，a 在（0，2p）间随机变化，各个方向机会均等。 6线偏

2、振光通过另一个偏振片后的光强遵从Malus 定律 透射轴 入射到检偏器的线偏振光光强为 I0 时, 其透射光强度： - Malus 定律 起偏器 (Polarizer） 检偏器 (Analyzer) 7Malus 定律的讨论： I (90o) = 0 消光。 I (0o) = I 0 光强极大； 通过消光现象可以确定入射光是否为线偏振光85-4 反射和折射产生偏振光 在介质分界面上，由于光（电磁场）和物质的相互作用，不仅传播方向改变，振动状态也会变化； 因此光在两种介质的分界面上反射和折射时，反射光和折射光的偏振性质与入射光不同； 自然光通过反射和折射可以产生偏振光。n1n295-4-1 分界

3、面上振幅和光强的分配关系- Fresnel 公式 任一光振动可分解成两个垂直分振动， 因此入射光、折射光、反射光都可作振动分解。 分界面的光场遵从电磁场的边界条件n1n210 定义两个垂直分振动分量:S振动和P振动 - 在入射面内图示：光振动的分解S振动P振动- 垂直于入射面 S振动 - 垂直于纸面 （入射面）向外作图惯例： P振动 的方向： n1n211 边界条件：(透明介质)E 、H 的切线分量连续D 、B 的法线分量连续 折射定律： 各向同性的均匀介质中 物质方程 电磁波：速度：12反射系数 透射系数 S 振动：P 振动： 反射系数 透射系数 可知：S 振动和P 振动彼此独立，只与i1和

4、i2 有关Fresnel 公式：n1n2i1i2i113定义反射率 R：反射光波和入射光波的能流之比 透射率 T：透射光波和入射光波的能流之比 反射光束和入射光束的横截面相同横截面横截面横截面入射折射反射（单位时间内）14横截面横截面横截面入射折射反射 能量守恒 R + T = 1（无吸收） 透射光束和入射光束的横截面不同Ts = 1-RsTp = 1-Rp15 i1 = 0o 时： i1 = 90o 时：图示： 时的反射率随入射角变化的曲线n1=1, n2 =1.5165-4-2 反射和折射产生的偏振 反射光中 S振动多于P振动 自然光入射时，反射光和透射光成为部分偏振光 由反射率曲线可知，

5、 特殊情形： 时反射光中只有 S 振动-线偏振光17自然光经过反射和折射后产生部分偏振光n1n2i1i2i1自然光部分偏振光部分偏振光时线偏振光n1n2线偏振光自然光部分偏振光反射起偏 i1i218由折射定律时， 对应的入射角 Brewster 角 ： 玻璃： n1=1, n2 =1.5 57 oMalus 实验线偏振光n1n2线偏振光自然光部分偏振光19 反射起偏时，反射率 15 %0.15 自然光以Brewster 角入射 时， P 振动无反射，全部透射。 S振动的透过率=(0.85)40 0.0015 例如：20片时, 通过多层介质堆，S振动经多次反射，最后的透射光成为单一P振动的线偏振

6、光 。玻璃堆起偏器20激光器谐振腔中的Brewster窗P振动100%透过 Brewster 角的应用21（B）用偏光镜消除了反射偏振光,使玻璃门内的人物清晰可见（A）玻璃门表面的反光很强225-5 选择性吸收产生偏振光-物质的二向色性 某些物质可以选择性地 吸收 掉两个垂直振动分量中的一个，剩下另一个分量 产生偏振 5-5-1 线形导线光栅 导线中的自由电子吸收掉平行于导线的电场振动 235-5-2 人造偏振片 碘溶液中浸过的有机分子薄膜经过拉伸，如浸碘的聚乙烯醇薄膜（形成平行的长链大分子，碘原子中的自由电子可沿长链运动） 人造偏振片观看立体电影时使用的偏振眼镜应用之一：24立体电影255-5-3 二向色性晶体 对不同波长，吸收本领不同，透射光有颜色 沿光轴方向入射时，呈现黑色 二向色性 垂直于光轴方向的 光振动被吸收 透射光成为偏振光（电气石）265-6 散射产生偏振光 5-6-1 光的散射 物质微粒对光的反射和折射 呈现光的散射现象 大量微粒不规则地分布于透明介质内，当微粒浓度增加时 散射现象愈加明显27 Rayleigh 散射定律 ：图示：散射曲线散射强度Mie 区Rayleigh区 散射分类： Rayleigh散射(分子散射) :微粒的线度 a 入射光波长 l 285-6-2 散射光的偏振 考虑分子散射，分子在入射光的作用下受拍振动， 发出次