物理演示赵光的偏振.ppt

1、1 . 自然光,自然光的图示：,2. 线偏振光,在垂直光传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光叫线偏振光。,在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有方向上都相等，各光矢量之间没有固定的位相关系，-自然光。,3. 部分偏振光,部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形， 部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。,部分偏振光图示：,或,4. 椭圆偏振光和圆偏振光,若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影为椭圆(圆)，这种光叫椭圆(圆)偏振光。,椭圆偏振光可以看成两个频率相同,互相垂直,有一定相位差的线偏振光的合成。,圆偏振光,合成光振动矢量末端轨迹是圆。,满足椭圆

2、方程：,6.偏振度,线偏振光,自然光,部分偏振光,椭圆偏振光,仍为线偏振光,椭圆偏振光,右旋,左旋,5.椭圆偏振光,起偏器和检偏器,1. 起偏器和检偏器,起偏器：能产生线偏振光的装置,检偏器：能检验线偏振光的装置,能产生线偏振光的装置也常常用来检验线偏振光，即起偏器同时也可作为检偏器,检偏 ：旋转检偏器，每转过 90o 交替出现极大和消光，则入射光为线偏振光。,19.2 线偏振光的起偏和检偏 马吕斯定律,2、二向色性,自然光入射到偏振片，自然光中某一方向光振动被吸收，而与此垂直方向的光振动则通过，-产生线偏振光。, 产生线偏振光方法之一,对互相垂直的两个光振动有选择吸收的这种性能，称为二向色性

3、（1928年，美国大学生兰德（E.H.lade），利用硫酸碘奎宁实现二向色性）,透射线偏振光光矢量的振动方向为通光方向，或透光轴，也叫偏振化方向。,二向色性,聚乙烯薄膜浸入碘溶液做偏振片,3. 马吕斯定律*,一束光强为 I0 的线偏振光，透过检偏器的透射光强为：,是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向之间夹角,起偏器和检偏器,通光方向,例1 有两个偏振片,偏振化方向间的夹角为 时 , 自然光入射， 出射光强为 ; 当它们偏振化方向间的夹角为 时，另一束单色自然光穿过它们 , 出射光强为 ，且 . 求两束单色自然光的强度之比 .,解 设两束单色自然光的强度分别为 和 .,经过起偏器后光强分别为

4、和 .,经过检偏器后,若 在 间变化， 如何变化？,19.3 反射和折射光的偏振,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,布儒斯特定律,入射角满足 时,反射光是线偏振光，振动垂直入射面,布儒斯特角,起偏角,由折射定律,折射光是部分线偏振光。,玻片堆,许多玻璃片叠起来，折射光近似完全线偏振光，是平行于入射面振动。,对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占入射光强度的7.5% , 大部分光将透过玻璃.,讨论下列光线的反射和折射（起偏角 ）.,例：自然光I0与线偏振光I1同时垂直入射到偏振片P1上， P2绕轴 转动，求出射光强度的变化。,解：,例：一束光是自然光与线偏振光的混合，当它

5、通过一偏振片时， 透射光的强度取决于偏振片的取向，可以变化5倍。求入射 光中两种光的强度各占总入射光强度的比例。,解：,线偏振光,自然光,（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,19.4 双折射现象,1.双折射晶体,入射光,O光,e光,O光,寻常光，,e 光,非常光，,二者均为线偏振光,方解石晶体（CaCO3）,方解石,双折射现象:一束光射入各向异性的晶体，折射光分成两束的现象 两束光都是完全线偏振光, 两者的振动方向近乎垂直。,产生双折射的原因,寻常光 (o光)：在晶体中各方向上传播速度相同.遵守折射定律,常

6、量,非常光 (e光)：晶体中各方向上传播速度不同,随方向改变而改变.违背折射定律,为主折射率,二、 光轴 主平面 主截面,光轴：当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射， 该方向称为晶体的光轴。例如方解石的光轴方向,单轴晶体：只有一个光轴的晶体,双轴晶体：有两个光轴的晶体,光轴仅代表一个方向，与AB平行的线都是光轴,方解石(冰洲石) 石英,云母 蓝宝石,主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。,主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。,主截面是由许多平行平面构成。,实验表明，o光和e光都是线偏振光， o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,当入射光的入射面和晶体

7、的主截面重合时（垂直晶体入射） o光与e光的主平面相重合， o光与e光的振动方向相互垂直。,一般情况o、e 光的主平面有一小夹角， 仍可认为o、e 光的振动面相互垂直,2.惠更斯原理对双折射的描述,O光、e光的波阵面,e 光：传播速度与方向有关,O光：各方向的传播速度相等,正晶体,光轴,负晶体,垂直光轴方向上，e 光与O光速度差别最大,光的传播速度取决于光矢量振动方向与晶体光轴的夹角,正晶体：,即,的晶体，,负晶体：,即,的晶体，,如石英、碳、冰.,如方解石、红宝石,惠更斯作图法(负晶体为例),光轴 界面，自然光正入射,自然光,O光,e光,e 光的速度等于O光速度,光轴 界面，自然光正入射,光

8、轴,自然光,O光,e光,e 光的速度大于O 光速度,光轴 界面，自然光斜入射,O光,e光,光轴与界面斜交，自然光正入射,波射线,波法线,3.晶体偏振器件（自然光入射）,尼克耳棱镜,格兰汤姆孙棱镜,e 光,O 光,光轴,沃拉斯顿棱镜,两个由方解石制成的 直角棱镜胶合而成,五、晶体波片（线偏振光入射）,晶体薄片，光轴平行于薄片表面,负晶体,光线正入射,两束光出现固定的相位差相干光,线偏振光,椭圆偏振光,椭圆偏振光,椭圆偏振光,线偏振光,椭圆偏振光,线偏振光,椭圆偏振光,光轴平行椭圆的长轴或短轴,光轴,正椭圆偏振光,圆偏振光,光轴,线偏振光的振动面转过2 角,19.5 光偏振状态的检验,第一步：用偏

9、振片,线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光,偏振片(转动),线偏振光, I 变、有消光,圆偏振光,自然光,I 不变,部分偏振光, I 变、无消光,椭圆偏振光,第二步：再用1/4波片 + 偏振片,四分之一波片,偏振片(转动),自然光,圆偏振光,自然光,I 不变,线偏振光,有消光,椭圆偏振光,线偏振光*,有消光,部分偏振光,部分偏振光,I 变 无消光,第一步,第二步,令入射光通过偏振片I ，改变 I 的偏振方向，观察透射光强变化。,观察现象,观察现象,结论,结论,有消光,线偏振光,有消光,圆偏振光,无消光,自然光,强度无变化,自然光或圆偏振光,a. 令入射光依次通过四分之一 波片和偏

10、振片II，改变 II的透振方向P2，观察透光强度变化。,有消光,无消光,椭圆偏振光,部分偏振光,强度有变化，但无消光,部分偏振光或椭圆偏振光,b. 四分之一波片的光轴方向必须与光强度最大的方向相一致。,19.6 偏振光的干涉,1.典型装置,甲区：,线偏振光， 振幅A1，光强,乙区：,光轴,两束线偏振光,一束椭圆偏振光,丙区：,与晶体种类、波长、波片厚度有关,若P1与P2平行,无附加相位差,若晶体种类、波长确定 “等厚干涉”,2.色偏振,若白光入射：有的波长干涉相消，有的波长干涉相张，屏上呈现出一定的色彩，这种现象叫色偏振,检验材料有无双折射效应,分析物质内部的某些结构,偏光显微术,例：一块厚0

11、.025mm的方解石晶片，表面与光轴平行并放置在两 个正交偏振片之间，晶片的光轴与两偏振片的偏振化方向均 成450角。用白光垂直入射到第一块偏振片上, 从第二块偏振 片出射的光线中，缺少了那些波长的光。(假定 为常数）,解：,相干相消,缺少的波长,若两偏振片平行呢？,例：单色光源S位于凸透镜C的焦点上，P为偏振片，L为四分之一波片，其光轴与P的偏振化方向成a角，M为反射镜。若入射到偏振片的光强为I0, 求经过各光学元件后，光返回到透镜时的强度I。(不计吸收、散射等损耗),解：,线偏振光,椭圆偏振光,椭圆偏振光,线偏振光,半波损失,例：双缝干涉实验中，若在缝S1后加一块玻璃，条纹如何变化？,若将玻璃换成偏振片呢？,若将P放在S后呢？,若在S1和S2后各放一片偏振片呢？,自然光,19.7 光弹效应和电光效应,1. 光弹效应,2. 电光效应,a）克尔(j.Kerr)效应：,b