大物-课件op.t3强纵波振动方向相对于传播具有对

方向具有对纵波：振动方向相对于称性方向具有不横波：振动方向相对于对称性偏振现象和衍射现象光的波动性光的偏振现象光是横波振动面电矢量E§3-1

偏振光与自然光的概念一、偏振光1、线偏振光

----平面偏振光电矢量振动仅局限于某一确定平面由电矢量和光的方向所构成的平面称为偏振光的振动面I0I02、椭圆偏振光和圆偏振光在垂直于光方向的平面内，电矢量以一定的频率旋转(左旋或右旋)。矢量端点轨迹为椭圆时称其为椭椭圆圆偏偏振振光光，轨迹为圆时称其为圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光均等于两个同频率、相位关系确定、振动相互垂直的电振动迭加左旋二、自然光在垂直于光方向的平面内，电矢量相对于

方

称且均匀分布，各个方向上电矢量的时间平均值都相等2

1yxI

I0I自然光可以用两个强度相等、振动相互垂直、无固定相位关系的平面偏振光来表示：诸电矢量彼此间无确定的相位关系I0三、部分偏振光在垂直于光方向的平面内，各方向上都有电振动，但它们的振幅不相等；在某一确定的方向最强，在和它正交的方向最弱各方向电矢量之间也无固定的相位关系设Imax为某(部分)偏振光在某方向上所具有的能量最大值Imin为该(部分)偏振光在与上述方向垂直的方向上所具有的能量最小值定义偏振度P：P

Imax

IminImin

IminImax

Imin

0

，

P=1

平面偏振光

0

，

P<1

部分偏振光自然光max，P=0偏振片偏振化方向§3-2

马吕斯定律一、起偏与检偏的概念晶体对互相垂直动的两个电矢量具有选择吸收的性质偏振片----晶体的二向色性I0P1起偏检偏P2I1

I2自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为起偏利用偏振片检验光线的偏振化程度，称为检偏I0.检偏器偏振光通过旋转的检偏器光强会发生变化自然光.

.

.

.起偏器线偏振光.检偏器偏振光通过旋转的检偏器光强会发生变化自然光.

.

.

.线偏振光起偏器.检偏器偏振光通过旋转的检偏器光强会发生变化自然光.

.

.

.线偏振光起偏器.检偏器偏振光通过旋转的检偏器光强会发生变化自然光.

.

.

.线偏振光起偏器.检偏器偏振光通过旋转的检偏器光强会发生变化自然光.

.

.

.线偏振光起偏器.检偏器偏振光通过旋转的检偏器光强会发生变化自然光.

.

.

.线偏振光起偏器.起偏器线偏振光偏振光通过旋转的检偏器光强会发生变化自然光.

.

.

.自然光通过旋转的检偏器后，光强变化吗？检偏器1PI022PI1

I二、马吕斯定律2AA1P12PA12

A

A1

cos222

1I

I

cos

----马吕斯定律线偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角----20cos

A1

sin

2II

A2

A2

cos2

2

1例、两平行放置的偏振片，偏振化方向成300角，自然光垂直入射后，透射光与入射光的强度之比为多少?

(分别

无吸收和10%的吸收的情况)P1I0P2I1

I2解：(1)

收根据马吕斯定律：221I

I

cos

20021

I

cos

302

00I2

13

cos

30

I

2

8(2)10%吸收时00(110

)212I

I

cos

20020)2cos

(110I00)2

1

cos2

300

(110

0I2I

2

0.302023021I

I

cosP10I2IP21I0121II

00(110

)例、如图P1、P2为两块偏振片，现以强度为I1的自然光和强度为I2的线偏振光同时垂直入射于P1，在S处观察通过P1和P2后的光强。(1)P1任意放置后不动，将P2以光线方向为轴转动一周，计算并这时在S处所观察到的光强变化情况；(2)要在S处得到最大光强，应如何实现?P1I1P2I2SI1I2P1

若入射偏振光振动方向与P1的偏振化方向夹角为I1

'

P2I2

'I2

''1 1对自然光：

I

'

1

I21

12

21I

cos

I

''

I1

''

S解：(1)设P1、P2的偏振化方向夹角为线偏振光：I2

'

I2

cos

2I2

''

I2

cos

cos

2

2I1P1

I1

'

P2I2

'I2

''I1

''

SI1''和I2''是非相干光I

I1''I2

''2

21

221I

cos

)

cos

(

I

在S处观察到：光强随着P2的转动而发生周期性的变化I2

''

I2

cos

cos

I2

2221121I

cos

I

''

12max2I

1I

II0

23

2

22

时cos2

)

cos2

2I

(1

I

I1

2(2)欲在S处得到最大光强，须满足：

0

0：

0时P1I1PI

Imax

I2I

02I1

'I2

'I2

''I1

''

Sp184复习思考题/12-13-2i

i一、部分偏振现象自然光在两种各向同性介质分界面上反射与折射时，反射光与折射光均成为部分偏振光定义入射面：----入射光线与法线组成的平面反射光中主要是S分量，折射光相反；§3-3

反射和折射时光的偏振反射光的偏振度与入射角、介质折射率均有关S分量P分量P分量S分量2n1n布儒斯特角20i

根据折射定律：n1

sin

i0

n2

sin

i0

i0

21

0

2

0

2

0n

sin

i

n

sin(

900

i

)

n

cos

i二、布儒斯特定律1812年布儒斯特发现：当入射角为某特定值i0时，反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光；且反射光与折射光垂直12nntg

i0

----布儒斯特定律21

nn1

sin

i0

n2

cos

i0说明：(1)i=i0时，反射光为线偏振光，而折射光仍然是部分偏振光，且偏振化程度很低n1n2布儒斯特角i0

i0

2对于一次反射和透射而言，反射光光强较弱，而折射光较强让自然光通过玻璃片堆，可以使折射光的偏振化程度增加。玻璃片足够多时，可使折射光为完全偏振光i0p186复习思考题例、将一介质平板放在水中,板面与水平面的夹角为，如图。已知折射率n水=1.333，n介质=1.681，要使水面和介质面反射光均为线偏振光，求i1

A

B2in空气n水n介质解：如图根据布儒斯特

0定律：空气水nn1tg

i

水介质nn2tg

i

空气水nn1tg

i

水介质nn2tg

i

0AB

900

2AB0

900

i

0AB

AB0

,2

i

10

90

i02

1

900

14.710

i

(90

i

)

tg水水1

介质

tg1

nnn0i1

A

B2i空气nn水n介质介质n

=1.681n水=1.333o光e光方解石晶体§3-4

光通过晶体时的双折射一、双折射现象寻常光(o光)：法线遵守折射定律的光线非常光(e光)：折射定律的光线立方系晶体无双折射o光和e光均为线偏振光o光e光法线以零度角入射，若方解石晶体以入射光线为轴旋转，则o光不动，e光围绕o光旋转光线在晶体中产生双折射现象的原因：o光在晶体内的速度各向同性e光在晶体内的速度各向异性vo<

vevo

>

ve光轴----光线在晶体中沿光轴方向时，不发生双折射只有一个光轴的晶体称为单轴晶体(如石英、方解石等等)；有两个光轴的晶体称为双轴晶体(如云母、硫磺)o光：子波波面为球？面e光：子波波面为旋？转椭球面若vo

>ve

，no

<ne如：石英等----正晶体正晶体负晶体若vo

<ve

，

no

>

ne如：方解石等----负晶体定义e光的主折射率

ne

c

ve问题：当单轴晶体的光轴方向与晶体表面成一定角度时，一束与光轴方向平行的光入射到该晶体表面，这束光射入晶体后，是否会发生双折射？vo<

vevo

>

ve光线(o光或e光)与光轴组成的平面光轴和晶体表面法线组成的平面光线的主平面：光轴o光e光o光和e光均为线偏振光它们的偏振方向？法线晶体的主截面：e光振动平行于它自己的主平面光轴o光和e光均为线偏振光法线o光振动垂直于它自己的主平面e光o光光线的主平面如何确定？光轴法线主截面光线不沿主截面入射(光轴不在入射面内)时，o光和e光的主平面不重合光轴光轴法线o光主平面法线e光主平面o光e光o光o光的振动垂直于它自己的主平面e光的振动平行于它自己的主平面o光和e光均为线偏振光e光o光和e光振动方向不垂直当光线沿主截面入射(光轴位于入射面内)时,o光和e光的主平面严格重合，此时o光与e光的振动方向相互垂直法线光轴通常认为o光和e光的振动方向相互垂直二、惠更斯原理解释双折射现象以负轴晶体为例(设：光轴位于入射面)光轴ABCDEoe光轴ABoCeoe光轴ABAB光轴oe行为有区问题：上述两种光在晶体中的别吗？三、晶体偏振器件(1)680方解石晶体棱镜ANMCAN680CM树胶n

1.55220NM480C

680光轴oeon

1.658en

1.486n

1.55自然光680方解石晶体双折射+全反射ANC全偏振光MA498000光轴(3)洛匈棱镜尼科耳棱镜可以用作起偏器与检偏器.

.

.

.ne

1.486

no

1.658(2)沃拉斯顿棱镜d、“|”振动的光从第2个棱镜到空气，折向何方？a、“|”振动的光在第1个棱镜中是什么光？在第2个棱镜中是什么光？b、“|”振动的光从第1个棱镜到第2个棱镜，是从光疏(密)光密(疏)？c、“|”振动的光从第1个棱镜到第2个棱镜，是折向法线，还是折离法线？沃拉斯顿棱镜洛匈棱镜no

1.658ne

1.486洛匈棱镜o光e光o光沃拉斯顿棱镜e光e光o光o光e光ne

1.486no

1.658(4)晶体的两向色性和偏振片(p191)p192复习思考题C双折射晶片(相位延迟片)§3-5

偏振光

人为双折射旋光现象P1偏振片I0I1

I2e光o光、e光的振幅取决于偏振片的偏振化方向和双折射晶片光轴方向之间的夹角一、波片----有特定厚度的晶片偏振化方向o光晶体光轴方向设双折射晶片厚度为d通过该晶片，o、e光产生的光程差为：

(no

ne

)dC双折射晶片(相位延迟片)1I1P偏振片0I2Ie光偏振化方向o光晶体光轴方向d设双折射晶片厚度为d通过该晶片，o、e光产生的相位差为：C双折射晶片(相位延迟片)I1P1偏振片I0I2e光偏振化方向o光晶体光轴方向o

e0

n

)d

2

(n结论：平面偏振光通过双折射晶片射出的是两束方向相同、振动方向相互垂直、相位差固定的线偏振光o

e0

n

)d

2

(nC双折射晶片(相位延迟片)I1P1偏振片I0I2e光偏振化方向o光晶体光轴方向对给定波长0而言，当o、e光在晶片中光程差为0的某个特定倍数时，这样的晶片(有特定厚度)叫波晶片，简称波片

(no

ne

)dC双折射晶片(相位延迟片)P1偏振片I0I1

I2e光偏振化方向o光晶体光轴方向o

e0

2

(n

n

)d(1)四分之一波片波长0给定，波片厚度d确定不同波长，四分之一波片的厚度不同2

4

(no

ne)d

0

(no

ne)d

0

二分之一波片

全波片

22

(no

ne

)d

0

(no

ne

)d

0全波片对波长为0的光实际上没有相位延迟作用(相位延迟了2)当白光入射时，全波片对除去0以外的其它波长的光均有相位延迟作用二、偏振光通过波片后偏振状态的变化1、线偏振光(a)全波片(b)半波片

20

n

)d

(no

e线偏振光通过半波片后，透射光仍然是线偏振光若入射线偏振光振动方向与波片光轴的夹角为β，则透射线偏振光振动方向与入射光振动方向成2β角(c)四分之一波片2

40

n

)d

(no

e设：入射线偏振光振动方向与四分之一波片光轴的夹角为β透射光是圆偏振光

0或

2

4透射光是线偏振光

0,

4,

/2

透射光是椭圆偏振光2、圆偏振光圆偏振光经半波片，透射光是圆偏振光圆偏振光经1/4波片，透射光是线偏振光3、椭圆偏振光椭圆偏振光经半波片，透射光仍然是椭圆偏振光椭圆偏振光经1/4波片，且波片的光轴和椭圆的主轴之一重合，则透射光为线偏振光；若波片的光轴与椭圆主轴不重合，出射光仍为椭圆偏振光0规定：面对光源观测，电矢量顺时针旋转的，称为右旋圆(或椭圆)偏振光电矢量逆时针旋转的，称为左旋圆(或椭圆)偏振光yyx方向z0

/

2某时刻右旋圆偏振光E

随z的变化xE圆偏振光的分解：Ex

E0

x

cost2cos(t