偏振光与自然光市公开课一等奖省赛课获奖课件

偏振光与自然光偏振光与自然光第1页立体电影和偏振

在观看立体电影时,观众要戴上一副特制眼镜，这副眼镜就是一对透振方向相互垂直偏振片。这么，从银幕上看到景象才有立体感。假如不戴这副眼镜看，银幕上图像就含糊不清了。这要从人眼看物体说起，人两只眼睛同时观察物体，不但能扩大视野，而且能判断物体远近，产生立体感。这是因为人两只眼睛同时观察物体时，在视网膜上形成像并不完全相同，左眼看到物体左侧面较多，右眼看到物体右侧面较多，这两个像经过大脑综合以后就能区分物体前后、远近，从而产生立体视觉。偏振光与自然光第2页

立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不一样方向同时拍摄下景物像，制成电影胶片。在放映时，经过两个放映机，把用两个摄影机拍下两组胶片同时放映，使这略有差异两幅图像重合在银幕上。这时假如用眼睛直接观看，看到画面是含糊不清，要看到立体电影，就要在每架电影机前装一块偏振片，它作用相当于起偏器。从两架放映机射出光，经过偏振片后，就成了偏振光。左右两架放映机前偏振片偏振化方向相互垂直，因而产生两束偏振光偏振方向也相互垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改变。偏振光与自然光第3页观众用上述偏振眼镜观看，每只眼睛只看到对应偏振光图象，即左眼只能看到左机映出画面，右眼只能看到右机映出画面，这么就会像直接观看那样产生立体感觉。这就是立体电影原理。当然，实际放映立体电影是用一个镜头，两套图象交替地印在同一电影胶片上，还需要一套复杂装置。这里就不包括了。偏振光与自然光第4页

2）化工、制药：利用振动面旋转（旋光效应），测量溶液浓度；3）地质、生物、医学：广泛使用偏振光干涉仪、偏振光显微镜；

还有立体电影拍摄与放映4）

航海、航空：使用偏光天文罗盘；偏振光有广泛应用：1）机械工业：利用偏振光干涉分析机件内部应力分布——光测弹性力学；偏振光与自然光第5页第一节偏振光概述光干涉和衍射现象：光波动性光偏振和在光学各向异性晶体中双折射现象：光横波性一、偏振光和自然光对于平面电磁波，电场强度矢量——光矢量振动方向与传输方向垂直。光矢量振动方向总是与光传输方向垂直，即光矢量横向振动状态，相对于传输方向不含有对称性，这种光矢量振动相对于传输方向不对称性，称为光偏振性。偏振光与自然光第6页横波和纵波区分——偏振纵波：振动方向与传输方向一致，不存在偏振问题；横波：振动方向与传输方向垂直，存在偏振问题。最常见偏振光有五种:自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。偏振光与自然光第7页XY（1）自然光：普通光源发出光、阳光都是自然光。因为原子发光间歇性和无规则性，使得普通光源发出光光矢量在垂直于传输方向平面内以极快速度取0～360°内一切可能方向，且没有哪一个方向占有优势。含有上述特征光，称为自然光。各个方向上光振动振幅相同光，称为自然光。自然光表示法：用两个独立(无确定相位关系)、相互垂直等幅振动来表示。图中，圆点表示垂直于纸面振动，短线表示平行于纸面振动。偏振光与自然光第8页特点：在全部可能方向上，光矢量振幅都相等；...xy自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意两个线偏振光，它们振幅相等，没有确定相位关系，各占总光强二分之一。自然光表示方法：圆点与短线等距离地交织、均匀地画出。偏振光与自然光第9页没有优势方向自然光分解一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直、等幅、不相干线偏振光。Ex和Ey无固定关系:它们是彼此独立振动总光强——非相干叠加偏振光与自然光第10页（2）线偏振光将自然光中两个相互垂直等幅振动之一完全移去得到光，称为完全偏振光。EEyEx

yx·····光振动垂直纸面光振动平行纸面定义：在垂直于传输方向平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动，则称为线偏振光，又称为平面偏振光或完全偏振光。线偏振光也能够用传输方向相同、相位相同或相差、振动相互垂直两列光波叠加描述。偏振光与自然光第11页偏振光与自然光第12页（3）部分偏振光彼此无固定相位关系、振动方向任意、不一样方向上振幅不一样大量光振动组合,称部分偏振光，它介于自然光与线偏振光之间。部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定相位差。部分偏振光在垂直于光传输方向平面内沿各方向振动光矢量都有，但振幅不对称，在某一方向振动较强，而与它垂直方向上振动较弱。偏振光与自然光第13页部分偏振光分解部分偏振光部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直、不等幅、不相干线偏振光平行于纸面光振动平均值大于垂直于纸面光振动平均值。垂直于纸面光振动平均值大于平行于纸面光振动平均值。偏振光与自然光第14页（4）椭圆偏振光和圆偏振光

光矢量在垂直于光传输方向平面内，按一定频率旋转(左旋或右旋)。假如光矢量端点轨迹是一个椭圆，这种光叫做椭圆偏振光。假如光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫做圆偏振光，如图所表示。这相当于两个相互垂直有确定相位关系振动合成。

xyxy偏振光与自然光第15页右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光要求：迎着光线看（对着光传输方向），光矢量顺时针转称右旋圆偏振光（或椭圆偏振光）；光矢量逆时针转称左旋圆偏振光（或椭圆偏振光）。偏振光与自然光第16页

偏振度It

—部分偏振光总强度In

—部分偏振光中包含自然光强度Ip—部分偏振光中包含完全偏振光强度完全偏振光(线、圆、椭圆)P=1自然光(非偏振光)P=0部分偏振光0<P<1偏振度另一个表示：偏振光与自然光第17页例：经过偏振光观察一束部分偏振光。当偏振光由对应投射光强最大位置转过60°时，其光强减为二分之一。试求这束部分偏振光中自然光和线偏振光强度之比以及光束偏振度。解：部分偏振光相当于自然光和线偏振光叠加，设自然光强度为In，线偏振光强度为IP，则不分偏振光强度为In+IP。当偏振光处于使透射光强度最大位置时，经过偏振片线偏振光强度仍为IP，而自然光强度为In/2，即透过总光强为IP+In/2。偏振片转过60°后，透射光强度变为：依据题意：整理后得：偏振光与自然光第18页这说明入射部分偏振光相当于强度相等自然光和线偏振光叠加。该束光最大光强：最小光强：由此能够求出偏振度：偏振光与自然光第19页由反射与折射产生偏振光由二向色性产生偏振光由双折射产生偏振光二、取得偏振光方法偏振光与自然光第20页（1）由反射与折射产生偏振光自然光在两种各向同性介质分界面上反射和折射时，不但光传输方向要改变，而且光偏振状态也要改变，所以反射光和折射光都是部分偏振光。在普通情况下，反射光是以垂直于入射面光振动为主部分偏振光；折射光是以平行于入射面光振动为主部分偏振光。偏振光与自然光第21页n2n1a、反射光中垂直振动强于平行振动；b、折射光中平行振动强于垂直振动；c、反射光折射光偏振化程度随入射角不一样而不一样。这里所说“垂直”和“平行”是对入射面而言。偏振光与自然光第22页反射光偏振化程度与入射角相关。18，布儒斯特由试验证实：若光从折射率为n1介质射向折射率为n2介质，当入射角满足这试验规律可用电磁场理论菲涅耳公式解释。时，反射光中就只有垂直于入射面光振动，而没有平行于入射面光振动，这时反射光为线偏振光，而折射光仍为部分偏振光。这就是Brewster定律。其中i0叫做起偏角或布儒斯特角。布儒斯特定律偏振光与自然光第23页

note：i0

—称为布儒斯特角或起偏角折射光仍为部分偏振光

入射角为i0

，

反射光线垂直折射光线

n2n1偏振光与自然光第24页理论试验表明：反射所取得线偏光仅占入射自然光总能量7.4%，而约占85%垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。能够利用玻璃片来取得线偏振光，只用一片玻璃缺点：（1）以布儒斯特角入射时，反射光虽为线偏振光，但强度太小（2）透射光强度虽大，但偏振度太小为处理这个矛盾，让光经过由多片玻璃叠合而成倾斜片堆，并使入射角等于布儒斯特角，经过屡次反射和折射，既能取得较高偏振度，光强度也比较大。偏振光与自然光第25页偏振光与自然光第26页（2）由二向色性产生偏振光二向色性是指有些各向异性晶体对于光吸收本事除了随波长改变外，还随光矢量相对于晶体方位而改变，即对不一样方向偏振光有不一样吸收系数。·非偏振光线偏振光光轴电气石晶片··例：当振动方向相互垂直两束线偏振白光经过晶体后展现出不一样颜色。天然晶体中，电气石含有很强二向色性。偏振光与自然光第27页一些各向同性介质在受到外界作用时也会产生各向异性，并含有二向色性。利用该特征获取偏振光器件叫做人造偏振片。聚乙烯醇薄膜碘溶液拉伸、烘干聚乙烯醇薄膜氯化氢中加热脱水H偏振片K偏振片极强二向色性，光化学性稳定，强光照射不会褪色，但膜片略变黑，透明度低偏振度高，透明度低，对各色可见光有选择吸收，可做得薄而大，价廉，广泛应用偏振光与自然光第28页（3）双折射晶体产生线偏振光在双折射晶体中内，自然光波被分解成光矢量相互正交线偏振光传输，把其中一束光拦掉，便得到线偏振光。偏振光与自然光第29页1、基本概念普通光源发出是自然光，用于从自然光中取得偏振光器件称为起偏器人眼睛不能区分自然光与偏振光，用于判别光偏振状态器件称为检偏器2、偏振片是一个人工膜片，对不一样方向光振动有选择吸收性能，从而使膜片中有一个特殊方向，当一束自然光射到膜片上时，与此方向垂直光振动分量完全被吸收，只让平行于该方向光振动分量经过，即只允许沿某一特定方向光经过光学器件，叫做偏振片。这个特定方向叫做偏振片偏振化方向，用“”表示。三、马吕斯定律和消光比偏振光与自然光第30页偏振片既可用作起偏器，又可用作检偏器。偏振片自然光Io线偏振光从自然光取得偏振光过程——起偏偏振片（利用晶体二向色性）是一个惯用起偏器偏振光与自然光第31页•••3、起偏器自然光经过偏振片后成为线偏振光，线偏振光振动方向与偏振片偏振化方向一致。4、检偏器用来检验某一束光是否偏振光。方法：转动偏振片，观察透射光强度改变。自然光：透射光强度不发生改变偏振光与自然光第32页偏振光：透射光强度发生改变••••••部分偏振光：偏振光经过偏振片后，在转动偏振片过程中，透射光强度发生改变。偏振光与自然光第33页马吕斯(EtienneLouisMalus1775-1812)法国物理学家及军事工程师。出生于巴黎18发觉反射光偏振，确定了偏振光强度改变规律18被选为巴黎科学院院士，曾取得过伦敦皇家学会奖章18，他发觉折射光偏振5、马吕斯定律偏振光与自然光第34页马吕斯定律内容强度为I0偏振光，经过检偏器后，透射光强度为：

I=I0cos2α其中α为检偏器偏振化方向与入射偏振光偏振化方向之间夹角。AII0自然光I0I0/2光电接收器偏振光与自然光第35页相对转动时，透射光强随两偏振片透光轴夹角而改变透光轴：允许透过电矢量方向称为偏振片透光轴Io为两透光轴平行时透射光强

I=Iocos2

当它们透光轴相互垂直时，透射光强应为零。当夹角为其它值时，透射光强由下式决定：偏振光与自然光第36页检偏器相对被测偏振器转动时最小透射光强与最大透射光强之比，称为被测偏振器消光比，消光比越小，偏振器件质量就越高。（人造偏振片消光比约为0.001）偏振光与自然光第37页α为线偏光光振动方向ON与检偏器透振方向OM间夹角。••••••一束光强为I0自然光透过检偏器，透射光强为I0/2解释I=I0cos2α偏振光与自然光第38页讨论当检偏器以入射光为轴转动时，透射光强度将有改变起偏器与检偏器偏振化方向平行时：α=0或α=π，I=I0，透射光强度最大起偏器与检偏器偏振化方向垂直时：α=π/2或α=3π/2，I=0，透射光强度最小α为其它角度时，透射光强度介于0～I0之间。马吕斯定律是对偏振光无吸收而言，对于自然光并不成立。若是自然光I0，经过偏振片后，I＝I0