第24章-光的偏振课件

1、 24.1 光的横波性与偏振现象 24.2 线偏振光的获得与检验 24.3 反射和折射时光的偏振 24.4 双折射现象 24.5 偏振光的干涉第24章 光的偏振1一、横波与偏振现象 机械横波的检验若振动方向平行AB 通若把AB旋900，则 不通只有横波有偏振现象 而纵波无偏振问题24.1 光的横波性与偏振现象2通不通通光方向或偏振化方向用偏振片检验光的横波性通光方向31自然光 （非偏振光） 普通光源发光：在人们观察的时间内 有无穷次的发光按统计的观点 人们观察到的将是： 在垂直传播方向的平面内 各个方向的光振动全有 各个振动方向的强度相等二、光的偏振状态4在实际应用中将光矢量分解为振幅相等的两

2、个垂直分量视研究的问题决定如何取坐标轴如在从自然光中获取偏振光时偏振片的通光方向就是首选的坐标轴图示各个方向振动全有y或x52. 线偏振光（面偏振光 偏振光 完全偏振光）线偏振光的图示在纸面内振动垂直纸面的振动6 一个原子一次发光一定是偏振光 如何得到可实用的线偏振光呢?特殊光源如外腔式激光器更多的途径是从普通光源中获取 普通光源的偏振态 通常是自然光和部分偏振光73.部分偏振光本质上同自然光 但显示出某个方向的振动较强些 通光方向用偏振片检验图示分量占优分量占优84.椭圆(圆)偏振光:圆偏振光:光矢量绕着传播方向均匀转动，端点轨迹为圆。 椭圆或圆偏振光，可以看成是两个相互垂直而有一定相差的线

3、偏振光的合成。椭圆偏振光:光矢量绕着传播方向均匀转动，端点轨迹为椭圆。9第一 如何判别光源的偏振态偏振光的检验三个基本途径原理：二向色性 布儒斯特定律双折射第二 如何从普通光源中获得偏振光从实用的角度 必须解决两大问题24.2 线偏振光的获得与检验10第一种从普通光源中获取偏振光的方法一、利用偏振片（二向色性）可以获取偏振光起偏器：产生线偏振光检偏器：检验线偏振光起偏器检偏器11二、偏振状态的检验入射光出射光观察出射光强的变化偏振片(检偏器)消光不变入射光入射光入射光线偏振自然光部分偏振光强变化12三、马吕斯定律 线偏振光通过偏振片后的光强变为多少？反映光矢量对传播方向不对称线偏振光A0A13

4、PS光强I的自然光通过偏振片后光强变为多少?该偏振片可以从自然光中取得偏振光称为起偏器理想偏振片14 例题. 光强为I的一束自然光,依次通过三个偏振片P1 、P2 、P3 . 已知P1 和 P3 的偏振化方向相互垂直, 且偏振片无吸收. 设P1 和P2 的偏振化方向的夹角为, 若以入射光为轴旋转P2 则通过这三个偏振片后的光强是_ ;当为_时 I 有最大值_ .P1P2P3自然光15一、现象自然光入射在两各向同性介质表面观察反射光 折射光线的偏振状态1.一般入射角的情况反射光 折射光都是部分偏振光 反射光中 垂直入射面振动占优折射光中平行入射面振动占优24.3 反射和折射时光的偏振162.特殊

5、入射角的情况（1) 两光偏振状态反射光 - 完全偏振光折射光 - 部分偏振光（2)反射光线与折射光线垂直(起偏角或布儒斯特角 )入射角满足17二、布儒斯特定律 光在两各向同性介质表面入射时如果入射角与两介质折射率存在下述关系平行入射面的光振动全透过这就是布儒斯特定律思考： 如果入射光中只有垂直入射面的振动分量则反射光和透射光的偏振状态如何？18三、玻片堆可获得两束线偏振光 19（C）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（B）用偏光镜减弱了反射偏振光20总结 从普通光源中获得线偏振光的方法利用各向异性物质的二向色性 (偏振片) 物质对振动方向显现出吸收系数

6、的不同2.利用自然光在两个各向同性介质表面的反射 (布儒斯特仪) 物质对振动方向显现出反射系数的不同3.利用各向异性晶体的双折射(晶体偏振器) 物质对振动方向显现出传播速度的不同21象折射现双折射现方解石晶体CaCO3纸面 双折射现象24.4 双折射现象 一、各向异性晶体中的双折射现象现象：(1)两束折射光服从折射定律寻常光线o 光不服从折射定律异常光线e 光自然光进入各向异性晶体中23光光双折射纸面令方解石晶体绕光线旋转24光光双折射纸面25光光双折射纸面26光光双折射纸面27（2) o光 e光的 偏振状态均是偏振光两者振动方向 近乎垂直需要进一步解决的问题：（1) e光在晶体内的传播方向？

7、（2) o光 e光的振动方向 ？需要先介绍晶体的基本知识28二、晶体的光轴 光线的主平面1.光轴(方向)在这个方向上 不发生双折射称这个特殊方向为晶体的光轴注意：光轴在晶体内光轴是一个方向光轴29 光线在晶体内部沿着光轴方向传播 不发生双折射分类： 单轴晶体 双轴晶体 只有一个光轴方向 有两个光轴方向方解石 (冰洲石) 石英 云母 蓝宝石2.光线的主平面光线与光轴组成的平面称该光线的主平面30方解石eoe光的主平面O光的主平面一般情况下两个光线主平面不重合特殊情况下光轴在入射面内，两个光线主平面重合，此时，两个光线的主平面可用入射面代替！31三、o光 e光的振动方向 o光和e光都是线偏振光 振

8、动方向怎样说明呢？ 必须由各光线的主平面来说明 光轴oo光的振动垂直o光的主平面e光的振动在e光的主平面内e两光偏振方向垂直3233四、惠更斯原理确定晶体中光线传播方向 作图法确定单轴晶体中o光和e光的传播方向o光 e光的子波面 注意: 双折射的本质是传播速度的各向异性 o 光传播的速度在各方向相等(各向同性) e 光传播速度与方向有关(各向异性) 结论: o光的子波面 一定是球面 e光的子波面 肯定不是球面 34给出两个实验事实：（1） 在光轴方向 e光的速度等于o光速度 即等于Vo（2） 在垂直光轴方向 o光e光两个速度差别最大 与o光速度差别最大的速度 记做Ve 按Ve与Vo关系不同将晶

9、体分为正负两种正晶体 负晶体 35正晶体 方解石 负晶体 石英称为晶体的主折射率 与波长有关光轴在入射面内o光的子波面e光的子波面光轴垂直入射面负晶体的子波面e光的子波面是以光轴为轴的旋转椭球面362. 惠更斯作图法(1) 光轴平行晶体表面 自然光垂直入射 e oe o光轴晶体 o光和e光在方向上虽没分开，但速度上是分开的。仍产生双折射现象。37(2) 光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射晶体光轴ir0reo oteteo ect在此特殊情况下，o光、e光均满足折射定律。38(3) 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射o e晶体光轴 e方解石光轴o eo此时e光的波面不再与其波射线垂直

10、了24.1，24.2，24.4, 24.5。作 业39一、典型装置 波晶片: 光轴平行于入射表面的晶体薄片 两个正交的偏振片 记做 三个元件表面平行 自然光正入射24.5 偏振光的干涉40?在上述装置下 令单色自然光正入射 分析各区光的偏振状态 起偏器P后是线偏振光 线偏振光经波晶片C后偏振态? 强度? 检偏器A后的偏振态? 强度? 41二、线偏振光通过波晶片后的偏振状态（3) o 光 e 光的光程差结论:（1)o 光 e 光传播方向相同 同一点源发出的o 光 e 光不分开（2) o 光 e 光振动方向垂直 o 光轴 e 光轴可以用光轴来说明o e光 振动方向线偏振光与入射面有一夹角42（4)

11、 线偏振光通过波晶片后的偏振状态 两个同频率的 振动方向垂直的 有确定相位差的 简谐振动的合成 一般合成光矢量端点的轨迹是椭圆但 每时刻都是线偏振光所以 称为椭圆偏振光光轴43 特殊1 若晶片厚度合适 使 o光e光的光程差为 /4 波长 相位差是正椭圆偏振光圆偏振光如果再让该波晶片叫四分之一波片44 特殊2 若晶片厚度合适 使o光e光的光程差为 /2 波长称该波晶片为二分之一波片(或称半波片)经二分之一波片后 o光e光相位差为 合成为线偏振光相位差是45线偏振在 /2片前过 /2片后仍是线偏振旋转了2角/2片注意: /2波片 /4 波片 必须指明波长1 3象限的振动2 4象限的振动光轴46三、 相干区