第十三章第二課PPT課件

1、三、部分偏振光三、部分偏振光表示法：表示法： 自然光和完全偏振光的混合，就構(gòu)成了自然光和完全偏振光的混合，就構(gòu)成了部分部分部分偏振光可看成是自然光和線偏振部分偏振光可看成是自然光和線偏振光的混合，光的混合，偏振光。偏振光。分解分解不相干不相干平行板面的平行板面的光振動較強(qiáng)光振動較強(qiáng) 垂直板面的垂直板面的光振動較強(qiáng)光振動較強(qiáng)就是這種部分偏振光，就是這種部分偏振光，天空中的散射光和水面的反射光天空中的散射光和水面的反射光它可以分解如下：它可以分解如下：第1頁/共40頁五、反射和折射時光的偏振五、反射和折射時光的偏振自然光反射和折射后成為部分偏振光自然光反射和折射后成為部分偏振光n1n2i irS

2、分量分量P 分量分量反射光反射光垂直入射面的分量垂直入射面的分量（S）比例大，比例大，折射光折射光平行入射面的分量平行入射面的分量（P）比例大，比例大，入射角入射角i 變變 反射、折射光的偏振度也變。反射、折射光的偏振度也變。第2頁/共40頁第3頁/共40頁i = i0 時，反射時，反射光只有光只有S分量：分量：i0 布儒斯特角布儒斯特角或或 起偏角起偏角i0 +r0 = 90 由由 102sinsin0ninr得布儒斯特定律得布儒斯特定律21120tgnnni n1n2i0i0r0線偏振光線偏振光S0cos2ni第4頁/共40頁例：外腔式激光管加布儒斯特窗減少反射損失例：外腔式激光管加布儒斯

3、特窗減少反射損失則：則：若若 n1 =1.00 （空氣），（空氣），n2 =1.50（玻璃），（玻璃），i0 i0i0激光輸出激光輸出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0 垂直分量損耗大，不能形成激光，但平行分垂直分量損耗大，不能形成激光，但平行分量能形成激光。量能形成激光?；ビ嗷ビ?空氣空氣玻璃玻璃- 73350.100.1tg 10i 玻璃玻璃空氣空氣- 35600. 150. 1tg 10i第5頁/共40頁對布儒斯特定律的定性解釋：對布儒斯特定律的定性解釋： 折射光波在第二種介質(zhì)中激起折射光波在第二種介質(zhì)中激起電子做受迫振動，電子做受迫振動，振振動方向沿光矢量方向。振動的原子可看做是電偶極子

4、動方向沿光矢量方向。振動的原子可看做是電偶極子輻射次波，這些次波傳回第一種介質(zhì)相干疊加形成反輻射次波，這些次波傳回第一種介質(zhì)相干疊加形成反射波。射波。n1n2i0i0r0線偏振光線偏振光SP 當(dāng)以布儒斯特角入射時，反射光垂直于折射光。在當(dāng)以布儒斯特角入射時，反射光垂直于折射光。在入射點(diǎn)處，入射點(diǎn)處，P分量的振動方向正好沿著反射光線的方分量的振動方向正好沿著反射光線的方向，因電磁波是橫波，所以反射光只有向，因電磁波是橫波，所以反射光只有S分量。分量。第6頁/共40頁六、玻璃片堆起偏六、玻璃片堆起偏當(dāng)當(dāng) 時反射光是線偏振的，可用來起偏。時反射光是線偏振的，可用來起偏。0ii 但單次反射的反射光強(qiáng)太

5、低（只占但單次反射的反射光強(qiáng)太低（只占15），而且方），而且方向發(fā)生變化，使用不方便。因此更多利用向發(fā)生變化，使用不方便。因此更多利用 時的折射時的折射光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。0ii 第7頁/共40頁第8頁/共40頁0i0i0iiii討論下列光線的反射和折射（起偏角 ）.0i第9頁/共40頁13.3 光的雙折射光的雙折射雙折射會映射出雙像雙折射會映射出雙像第10頁/共40頁i一、雙折射的概念一、雙折射的概念1、雙折射：、雙折射：n1n2rore(各向異各向異性介質(zhì)性介質(zhì))自然光自然光o光光e光光2、尋常（、尋常（o）光和非尋常（）光和

6、非尋常（e）光）光o光光 ： 遵從折射定律遵從折射定律o21sinsinrnin e光光 ： 一般不遵從折射定律一般不遵從折射定律.constsinsine rie光折射線也光折射線也不一定不一定在入射面內(nèi)。在入射面內(nèi)。射到各向異性介質(zhì)時，射到各向異性介質(zhì)時，一束光入一束光入折射光分成兩束的現(xiàn)象。折射光分成兩束的現(xiàn)象。第11頁/共40頁 方解石方解石oee o 以入射方向?yàn)橐匀肷浞较驗(yàn)檩S旋轉(zhuǎn)方解石軸旋轉(zhuǎn)方解石方解石方解石偏偏振振片片雙折射的兩雙折射的兩束光振動方束光振動方向相互垂直向相互垂直方解石的雙折射方解石的雙折射第12頁/共40頁當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，e光的像圍繞光的像

7、圍繞 o 光的像旋轉(zhuǎn)。光的像旋轉(zhuǎn)。o 光的像不動，光的像不動，光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體 o光的像光的像e光的像光的像第13頁/共40頁光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：第14頁/共40頁光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：第15頁/共40頁光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：第16頁/共40頁光光光光雙雙折折射射方解石方解石 晶體晶體繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：繼續(xù)旋轉(zhuǎn)方解石晶體：第17頁/共40頁3、晶體的光軸、晶體的光軸 當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個特

8、殊方向傳播時當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)不發(fā) 例如，方解石晶體（冰洲石）的光軸：例如，方解石晶體（冰洲石）的光軸：由由鈍頂角鈍頂角引出的與三個鄰邊成等角的方向就是引出的與三個鄰邊成等角的方向就是光軸。光軸。 光軸是一個特殊的光軸是一個特殊的方向，方向，單軸晶體：單軸晶體：只有一個光軸的晶體，只有一個光軸的晶體，如方解石。如方解石。雙軸晶體：雙軸晶體：有兩個光軸的晶體，有兩個光軸的晶體，如云毋。如云毋。該該方向方向稱為晶體的稱為晶體的光軸。光軸。生雙折射，生雙折射，直線均為光軸。直線均為光軸。凡平行于此方向的凡平行于此方向的第18頁/共40頁方解石的光軸方解石的光軸第19頁/共40頁4、

9、主截面與主平面、主截面與主平面晶體中晶體中光的傳播方向光的傳播方向與晶體與晶體光軸光軸構(gòu)成的平面構(gòu)成的平面o光光光軸光軸o光的光的主平面主平面e光光光軸光軸e光的光的主平面主平面叫叫該束光該束光的的主平面。主平面。晶體晶體表面的法線表面的法線與與光軸光軸決定的平面，稱為決定的平面，稱為晶體的晶體的主截面主截面。第20頁/共40頁晶體的各晶體的各向異性：向異性：介電常數(shù)為介電常數(shù)為 x , y x= y z, 11 vCaCO3CaOCz光軸光軸光矢量垂直于光矢量垂直于光軸時，光軸時， 光矢量振動方向與晶體光軸的夾角不同，光矢量振動方向與晶體光軸的夾角不同，介電常數(shù)就不同，光的傳播速度也就不同。

10、介電常數(shù)就不同，光的傳播速度也就不同。二、晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體二、晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體介電常數(shù)為介電常數(shù)為 z光矢量光矢量 平行于平行于光軸時，光軸時，E第21頁/共40頁o光：光：oovcn no ，ne 稱為稱為晶體的主折射率晶體的主折射率 正晶體：正晶體：ne no負(fù)晶體：負(fù)晶體：ne novo tve t光軸光軸 點(diǎn)波源點(diǎn)波源點(diǎn)波源點(diǎn)波源vo tve t光軸光軸 eeevcnv e光：光：oonv (ve vo)如：石英、冰如：石英、冰如：方解石、紅寶石如：方解石、紅寶石vo t光軸光軸光軸光軸ve tvo t第22頁/共40頁 ee三、單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖

11、法三、單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法 1、光軸平行晶體表面，自然光垂直入射、光軸平行晶體表面，自然光垂直入射光軸光軸晶晶體體 o、 e方向上雖沒分開，方向上雖沒分開，下面以負(fù)晶體下面以負(fù)晶體(ve vo)為例，介紹該方法：為例，介紹該方法：oo但速度上是分開的，但速度上是分開的，這仍是雙折射。這仍是雙折射。 以惠更斯原理為依據(jù)的惠更斯作圖法，以惠更斯原理為依據(jù)的惠更斯作圖法，是研究光在晶體中傳播的重要方法。是研究光在晶體中傳播的重要方法。正正-長軸長軸負(fù)負(fù)-短軸短軸第23頁/共40頁o e2、光軸平行晶體表面，且垂直入射面，、光軸平行晶體表面，且垂直入射面， 晶體晶體 光軸光軸reivotve

12、to ectooosinsinnvci eeesinsinnvci 自然光斜入射自然光斜入射在這種特殊的情況下，對在這種特殊的情況下，對e 光也可以用光也可以用折射定律。折射定律。r0BAB第24頁/共40頁3、光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射、光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射 e方解石方解石光光軸軸oooee晶體晶體光光軸軸這正是前面演示的情形。這正是前面演示的情形。第25頁/共40頁13.4 橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光一、晶體起偏器件一、晶體起偏器件 1、晶體的二向色性、晶體偏振器、晶體的二向色性、晶體偏振器 某些晶體對某些晶體對o光和光和e光的吸收有很大差異，光的吸收有

13、很大差異， 例如，電氣石對例如，電氣石對o光有強(qiáng)烈吸收，光有強(qiáng)烈吸收， 光軸光軸e光光電氣石電氣石光軸光軸對對e光光吸收很弱，吸收很弱，用它就可以產(chǎn)生線偏振光。用它就可以產(chǎn)生線偏振光。這叫晶體的這叫晶體的二向色性二向色性。第26頁/共40頁2、偏振棱鏡、偏振棱鏡l偏光棱鏡：偏光棱鏡：偏振棱鏡偏振棱鏡可由自然光獲得可由自然光獲得高質(zhì)量高質(zhì)量的線偏振光，的線偏振光，可由自然光獲得原方向的線偏振光可由自然光獲得原方向的線偏振光它又可分為它又可分為偏光棱鏡偏光棱鏡和和偏光分束棱鏡。偏光分束棱鏡。玻璃吸收涂層 方解石655. 1 n Zo73oe658.1on486.1eno o 光幾乎不改變方向；光幾

14、乎不改變方向；e e 光在方解石界面上光在方解石界面上全反射后被吸收。全反射后被吸收?？梢杂煽梢杂?e1sinsininin計算出計算出e e 光的光的全反射臨界角全反射臨界角nnicesinoo7364 ci格蘭湯姆孫棱鏡第27頁/共40頁l偏光分束棱鏡：偏光分束棱鏡： 可由自然光獲得分開的兩束線偏振光可由自然光獲得分開的兩束線偏振光e12方解石方解石方解石方解石 oe光軸光軸光軸光軸沃拉斯頓棱鏡沃拉斯頓棱鏡o 光進(jìn)入到第光進(jìn)入到第1塊方塊方解石后，解石后，o光和光和e光在光在方向上沒有分開。方向上沒有分開。 由于方解石由于方解石2和方解石和方解石1二者光軸垂直，當(dāng)光二者光軸垂直，當(dāng)光進(jìn)入到

15、方解石進(jìn)入到方解石2時，時，o 光變成光變成e光光（none）：光：光密密光疏；光疏；而而e光變成光變成o 光：光疏光：光疏光密光密于是兩光束在界面處發(fā)生折射而分開。于是兩光束在界面處發(fā)生折射而分開。第28頁/共40頁 一束線偏振光垂直射入一塊方解石，入射前光矢量方向與晶體的主截面成30o角，求：在方解石中o光、e光的光強(qiáng)之比。例題 解：垂直射入主截面、主平面共面 若入射光振幅Aoo30sinAA oe30cosAA o222oo30sinAAIo222ee30cosAAI3130tano2eoIIy dxAAoAe線偏振光線偏振光光軸光軸 d光軸光軸第29頁/共40頁例題 用方解石切割成正三

16、角形截面的棱鏡，自然光以i 角入射，定性畫出o光、e光的振動方向，傳播方向。 解：方解石負(fù)晶體垂直 光軸方向v e vo光軸ie光o光 e光o光注注 意：意：o o光、光、e e光只在晶體光只在晶體內(nèi)部才有意義！內(nèi)部才有意義！第30頁/共40頁第31頁/共40頁二、變相差器二、變相差器 圓和橢圓偏振光的起偏圓和橢圓偏振光的起偏波片波片：光軸平行于光軸平行于表面的晶體薄片。表面的晶體薄片。y dxAAoAe線偏振光線偏振光光軸光軸 AAoAe 光軸光軸P sin AAo cosAAe 橢圓橢圓(圓、線圓、線)偏振光偏振光d光軸光軸波片波片從晶片出射的從晶片出射的兩束光由于出現(xiàn)相位差，兩束光由于出

17、現(xiàn)相位差，而合成為一束而合成為一束橢圓、圓或線偏振光。橢圓、圓或線偏振光。 eeoo光軸光軸第32頁/共40頁 在入射點(diǎn)，在入射點(diǎn)，o、e光的相位差為零或光的相位差為零或 ，在出射，在出射點(diǎn)晶片對點(diǎn)晶片對o、e光產(chǎn)生的光產(chǎn)生的附加相位差：附加相位差： 2 - - dnnoe，出射光為橢圓，出射光為橢圓(圓圓)偏振光偏振光 23,2 當(dāng)當(dāng)y dxAAoAe線偏振光線偏振光光軸光軸 橢圓（圓、線）偏振光橢圓（圓、線）偏振光d光軸光軸晶片晶片，出射光仍為線偏振光，出射光仍為線偏振光 ,3, 當(dāng)當(dāng)?shù)?3頁/共40頁 1、四分之一波、四分之一波(晶晶)片片:4 線偏振光線偏振光圓偏振光圓偏振光:2 ,

18、0 線偏振光線偏振光線偏振光線偏振光可從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光可從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反或相反）厚度滿足厚度滿足4 - -dnnoe2 :240， 線偏振光線偏振光橢圓偏振光橢圓偏振光y dxAAoAe線偏振光線偏振光光軸光軸 AAoAe 光軸光軸P橢圓橢圓(圓、線圓、線)偏振光偏振光d光軸光軸晶片晶片第34頁/共40頁2、二分之一波片、二分之一波片2 - - dnnoe可使線偏振光振動面轉(zhuǎn)過可使線偏振光振動面轉(zhuǎn)過2 角度角度3、全波片、全波片2 - - dnnoe 注意：注意：波片是對某個確定波長波片是對某個確定波長 而言的而言的 A出出光軸光軸 A入入AoAe第35頁/共40頁三、橢圓與圓偏振光的檢偏三、橢圓與圓偏振光的檢偏【思考思考】如何用四分之一波片和偏振片區(qū)分如何用四分之一波片和偏振片區(qū)分部分偏振光部分偏振光和和橢圓偏振光橢圓偏振光自然光自然光和和圓偏振光圓偏振光第36頁/共40頁 四分之一波片四分之一