Ch光的偏振精讲.pptx
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1、15-1 自然光与自然光与偏振光偏振光一、光的偏振性(一、光的偏振性(Polarization)光是电磁波在人眼视觉范围内的波段光是电磁波在人眼视觉范围内的波段0.4 m 0.7 m。对应。对应红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光。红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光。电磁波是横波电磁波是横波由光的振动方向带来的特性,称作光的偏振性。由光的振动方向带来的特性,称作光的偏振性。光的生理作用,感光现象,实际都是光的生理作用,感光现象,实际都是电矢量在起作用。电矢量在起作用。第十五章第十五章 光的偏振光的偏振(Polarization of Light)二、光偏振态的分类二、光偏振态的分类1.自然光:自然光:在垂直
2、于传播方向的平面内,若光矢量在垂直于传播方向的平面内,若光矢量E 在所有方向上是均匀轴对称分布的,称为自然光。在所有方向上是均匀轴对称分布的,称为自然光。2.线偏振光:线偏振光:只含单一方向光振动的光。也称完全偏只含单一方向光振动的光。也称完全偏振光、平面偏振光振光、平面偏振光x yXY 迎光矢量图迎光矢量图可沿两个方向分解可沿两个方向分解 3.圆偏振光和椭圆偏振光:圆偏振光和椭圆偏振光:光矢量末点的运动轨迹是光矢量末点的运动轨迹是圆、正椭圆或斜椭圆。在迎光矢量图上,光矢量端点圆、正椭圆或斜椭圆。在迎光矢量图上,光矢量端点沿逆时针方向旋转的沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光称为左旋偏振光;沿顺时
3、针方向;沿顺时针方向旋转的称为旋转的称为右旋偏振光右旋偏振光。4.部分偏振光:部分偏振光:某一方向振动比另一方向振动强某一方向振动比另一方向振动强 自然光加线偏振光、自然光加椭圆偏振光、自然光加线偏振光、自然光加椭圆偏振光、自然光加圆偏振光,都是部分偏振光。自然光加圆偏振光,都是部分偏振光。线偏光线偏光圆偏振光与椭圆偏振光可由互相垂直的振动叠加而成。圆偏振光与椭圆偏振光可由互相垂直的振动叠加而成。15-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律一、偏振片的起偏和检偏一、偏振片的起偏和检偏1.偏振片:偏振片:“二相色性二相色性”的有机晶体,如硫酸碘奎宁、的有机晶体,如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙
4、烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后,在高温电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后,在高温 拉伸、烘干,然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏拉伸、烘干,然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏 片。它有一个特定的方向,只让平行与该方向的振片。它有一个特定的方向,只让平行与该方向的振 通过。通过。(1)偏振片的透振方向:(偏振化方向)(透光轴)偏振片的透振方向:(偏振化方向)(透光轴)用用“”表示。例:表示。例:制作:透明基片上制作:透明基片上蒸镀一层晶粒。蒸镀一层晶粒。2.起偏和检偏起偏和检偏 例:例:P1 是是 起偏片起偏片,P2 是检偏片。是检偏片。P2 旋转,旋转,当当 P2 与与 P1 的透光轴平行时,的透光轴
5、平行时,透射最强。反之,当透射最强。反之,当 P2 与与 P1 的透光轴垂直时,无透射的透光轴垂直时,无透射 消光现象。其它情况,介于二消光现象。其它情况,介于二 者之间。旋转一周过程中,出者之间。旋转一周过程中,出 现两次最亮,两次最暗。其它现两次最亮,两次最暗。其它 情况随旋转而变化,变化的规情况随旋转而变化,变化的规 律服从律服从“马吕斯定律马吕斯定律”。(2)起偏器起偏器:能由自然光获得线偏振光的器件。:能由自然光获得线偏振光的器件。(3)检验器:检验器:用作检测是否是偏振光的器件。用作检测是否是偏振光的器件。起偏与起偏与检偏检偏 一束光强为一束光强为 的线偏光,透过检偏器以后,透射的
6、线偏光,透过检偏器以后,透射光强为:光强为:为线偏光的光振动方向与检偏器为线偏光的光振动方向与检偏器透振方向间的夹角。透振方向间的夹角。二、马吕斯定律马吕斯定律(E.L.Malus)(1808年)年)法国物理学家,巴黎科学院院士。法国物理学家,巴黎科学院院士。1808年确定了马吕年确定了马吕斯定律,发现反射时光的偏振。斯定律,发现反射时光的偏振。1811年发现折射时光年发现折射时光的偏振现象。提出确定晶体光轴的方法,研制出一系的偏振现象。提出确定晶体光轴的方法,研制出一系列偏振仪器列偏振仪器。例题例题1 光强为光强为 I0 的自然光通过两透振方向夹角为的自然光通过两透振方向夹角为 45度的偏振
7、片,之后光强为多少?度的偏振片,之后光强为多少?解:解:经第一偏振片后,光强变为:经第一偏振片后,光强变为:故经第二偏振片后,光强变为:故经第二偏振片后,光强变为:一束光强为一束光强为 的自然光透过的自然光透过起起偏器,透射光强为:偏器,透射光强为:例题例题2 强度为强度为 Ia 的自然光与的自然光与 Ib 的线偏振光混合而成的线偏振光混合而成一束入射光,垂直照射到一偏振片上,如以入射光的一束入射光,垂直照射到一偏振片上,如以入射光的方向为轴旋转偏振片时,出射光出现的最大值与最小方向为轴旋转偏振片时,出射光出现的最大值与最小值之比为值之比为 n,求:,求:Ia/Ib与与 n 的关系的关系解:解
8、:由题意知:由题意知:则有:则有:即:即:例题例题3 自然光入射到叠放在一起的两个偏振片后,自然光入射到叠放在一起的两个偏振片后,(1)透射光强是最大透射光强的透射光强是最大透射光强的 1/3,求两偏振片透振,求两偏振片透振方向的夹角方向的夹角 ;(2)透射光强是自然光强的透射光强是自然光强的 1/3,求两,求两偏振片透振方向的夹角偏振片透振方向的夹角。解解:(1)(2)例题例题4:光强的调制。在透振方向正交的起偏器:光强的调制。在透振方向正交的起偏器 M 和检偏器和检偏器 N 之间,插入一片以角速度之间,插入一片以角速度 旋转的理想旋转的理想偏振片偏振片P,入射自然光强为,入射自然光强为 I
9、0,试求由系统出射的光试求由系统出射的光强是多少?强是多少?每旋转偏振片每旋转偏振片P 一周,输出光强有一周,输出光强有“四明四零四明四零”。t=00,900,1800,2700时,时,输出光强为零。输出光强为零。t=450,1350,2250,3150 时,时,输出光强为输出光强为 I0/8。15-3 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振一、反射与折射的偏振一、反射与折射的偏振马吕斯的发现马吕斯的发现(1808年),如图所示:年),如图所示:其中其中 a 为自然光,为自然光,b,c 为部份偏振光为部份偏振光b 中,中,多于多于(指光振动而言)(指光振动而言)c 中,中,多于多于(指光振动而言
10、)(指光振动而言)二、布儒斯特定律:二、布儒斯特定律:(D.Brewster 1812)当入射角满足:当入射角满足:这实验规律可用电磁场理论的菲涅耳公式解释。这实验规律可用电磁场理论的菲涅耳公式解释。时,时,反射光为振动方向垂直反射光为振动方向垂直入射面的完全偏振光。入射面的完全偏振光。临界角临界角 布儒斯特角(起偏角)布儒斯特角(起偏角)注意:注意:反射光是垂直入射面的线偏振光,但其光强反射光是垂直入射面的线偏振光,但其光强很弱,只是入射光中垂直振动的一小部分。而折射光很弱,只是入射光中垂直振动的一小部分。而折射光是偏振化程度不高的部分偏振光,但是很强。是偏振化程度不高的部分偏振光,但是很强
11、。证明证明:由折射定律:由折射定律:即反射光线与折射光线垂直。即反射光线与折射光线垂直。三、推论:三、推论:又由布儒斯特定律:又由布儒斯特定律:所以所以例如:自然光从空气中以例如:自然光从空气中以 i0 入射玻璃(入射玻璃(n2=1.50)时,时,反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的7.4%,而约占入射垂直振动部分能量的,而约占入射垂直振动部分能量的 15 。布儒斯特布儒斯特:(:(D.Brewster 1781-1868)英国英国物理学家,伦敦皇家学会会员,爱丁堡大学校长。物理学家,伦敦皇家学会会员,爱丁堡大学校长。1815年发现圆偏振,年发现圆偏
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