光学课程13下chapt55偏振光强度

15-3、偏振光的强度产生线偏振光

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线偏振器；产生椭圆偏振光

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椭圆偏振器。5-3-1

偏振器(Polarizer)自然光通过一个光学元件，成为偏振光偏振器2水平偏振不能通过竖直偏振可以通过35-3-2

Malus

定律如图所示，线偏振器只让某个振动方向的光通过，该方向被称为线偏振器的透射轴

(transmission

axis)。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=?4计算光强为I

自的自然光经过偏振器后的光强I0

：aE自2

200自

自2p

I

=1

2p

E

2

cos2

ada

=1

E

2

=I自透射轴E0对自然光，a

在（0，2p）间随机变化，各个方向机会均等。E0

=E自cosaI

=

E

20

05线偏振光通过另一个偏振片后的光强遵从Malus

定律0I

(q

)=I

cos2

q------

Malus

定律起偏器

(Polarizer）检偏器

(Analyzer)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：6I

(q

)=

I0

cos

q2Malus

定律的讨论：消光。I

(0o)

=

I0I

(90o)=

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7从自然光（非偏振光）产生偏振光的途径：二向色性（选择性吸收）；反射和折射；散射；晶体的双折射。85-4

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5-4-1

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垂直振动通过线偏振9入射--自然光透射--线偏振光105-4-2

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）人造偏振片应用之一：观看立体电影时使用的偏振眼镜11立体电影125-4-3

二向色性晶体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）对不同波长，吸收本领不同，白光入射时透射光显现颜色沿光轴方向入射时，呈现黑色

二向色性135-5

反射和折射产生偏振光在介质分界面处，由于光波（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；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－－起偏。n1n2145-5-1

分界面上振幅和光强的分配关系----

Fresnel

公式分界面处的光场遵从电磁场的边界条件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。n1n215图示：光振动的分解P振动

----在入射面内定义两个垂直分振动分量:S振动和P振动S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：pˆ

=

sˆ·kˆn1n2E’1pE2p^k1

i1k^’1^k2i1i2E1sE’1sE2sE1p16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：n1

sin

i1

=n2

sin

i2各向同性的均匀介质中物质方程电磁波：em1D

=

EB

=

mHeE

=

m

H速度：v

=17透射系数S

振动：P

振动：反射系数s1sE

'E1sE2sts

”

E1

21

2tan(i

-

i

)E

'1

p1

ppE

tan(i

+

i

)=r

”2

sin

i2

cos

i1透射系数t1

p

1

2

1

2pE

sin(i

+

i

)cos(i

-

i

)=E2

p”可知：S

振动和P

振动彼此独立，只与i1和i2

有关Fresnel

公式：n1n2i1i2i11

2sin

(i

-

i反射系数

r

”

1s

=

-

1

2

sin

(i

+

i

)1

2=

2sin

i2

cos

i1sin

(i

+

i

)181

222sin

(i

+

i

)sin

2

(i1

-

i2

)Rs

=

rs

=22tan

(i1

+

i2

)tan

2

(i1

-

i2

)Rp

=

rp

=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R

”反射光能流=反射光强=r

2入射光能流

入射光强19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T

”

透射光能流

„

透射光强入射光能流 入射光强„

t

2Ts

=

1-RsTp

=1-Rp22sin

(i1

+

i2

)sin

2

(i1

-

i2

)Rs

=

rs

=1

222p

ptan

(i

+

i

)tan2

(i1

-

i2

)=R

=

r201i

=0o

时：

n

-

n

2Rs

=

Rp

=

1 2

n1

+

n2

=

0.04i1

=90o

时：Rs

=

Rp

=1.01

222sin

(i

+

i

)sin

2

(i1

-

i2

)Rs

=

rs

=1

222tan

(p

pi

+

i

)tan2

(i1

-

i2

)R

=

r

=图示：n1=1,n2=1.5时的反射率随入射角变化的曲线211

222sin

(i

+

i

)sin

2

(i1

-i2

)Rs

=

rs

=1

222tan

(i

+

i

)tan2

(i1

-

i2

)Rp

=

rp

=5-5-2

反射和折射产生的偏振由反射率曲线可知，Rs

‡

Rp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2特殊情形：i1

+

i2

=

p时

Rp

=

0反射光中只有S

振动---线偏振光22自然光经过反射和折射后产生部分偏振光n1n22i1

i11

22Ptan

(i

+

i

)tan2

(i1

-

i2

)R

=自然光部分偏振光i

部分偏振光pi1

+

i2

=

2时

Rp

=

0线偏振光n1n2线偏振光自然光反射起偏2pi1

+

i2

=i1i2部分偏振光23n1

sin

i1

=

n2

sin

22i1

+i2

=p

时，由折射定律

1

n对应的入射角

—

Brewster

角

：ib

=

tan

-1

n2

1

ib

=

tan-1

n2

n玻璃：n1=1,

n2

=1.5~

57oMalus

实验线偏振光n1n2线偏振光自然光部分偏振光24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。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振动的线偏振光

。例如：20片时,1

22ssin

(i

+

i

)sin2

(i1

-

i2

)R

=S振动的透过率=(0.85)40~

0.0015玻璃堆起偏器25激光器谐振腔中的Brewster窗P振动100%透过Brewster

角的应用（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26（A）玻璃门表面的反光很强275-6

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281l4sRayleigh

散射定律：I图示：散射曲线散射强度Rayleigh区Mie

区散射分类：Rayleigh散射(分子散射):微粒的