第5章光的偏振1(偏振光)

1、1第第5章章 光的偏振光的偏振1 光的橫波性與偏振現(xiàn)象光的橫波性與偏振現(xiàn)象2 光在反射折射時(shí)的偏振光在反射折射時(shí)的偏振3 光在晶體中的雙折射光在晶體中的雙折射4 偏振光的干涉偏振光的干涉5 人工雙折射人工雙折射6 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象21 光的橫波性與偏振現(xiàn)象光的橫波性與偏振現(xiàn)象 一、橫波與偏振現(xiàn)象一、橫波與偏振現(xiàn)象 二、光源的偏振狀態(tài)二、光源的偏振狀態(tài) 三、偏振狀態(tài)的檢驗(yàn)三、偏振狀態(tài)的檢驗(yàn) 四、馬呂斯定律四、馬呂斯定律3一、橫波與偏振現(xiàn)象一、橫波與偏振現(xiàn)象 xuE對(duì)傳播方對(duì)傳播方向不對(duì)稱(chēng)向不對(duì)稱(chēng)xu對(duì)傳播方對(duì)傳播方向?qū)ΨQ(chēng)向?qū)ΨQ(chēng)機(jī)械橫波機(jī)械橫波的檢驗(yàn)的檢驗(yàn)若振動(dòng)方向平行若振動(dòng)方向平行AB 通通若把

2、若把AB旋旋900 則則 不通不通橫波橫波縱波縱波AB4只有橫波有偏振現(xiàn)象只有橫波有偏振現(xiàn)象 而縱波無(wú)偏振問(wèn)題而縱波無(wú)偏振問(wèn)題如何檢驗(yàn)光的橫波性呢？如何檢驗(yàn)光的橫波性呢？光矢量對(duì)傳播方向的偏振光矢量對(duì)傳播方向的偏振性性 在與物質(zhì)的作用過(guò)程在與物質(zhì)的作用過(guò)程中中 一定有所反映一定有所反映 首先首先-用用偏振片偏振片檢驗(yàn)檢驗(yàn) 通光方向通光方向P通通不通不通偏振片偏振片 大分子物質(zhì)大分子物質(zhì)對(duì)振動(dòng)方向反映對(duì)振動(dòng)方向反映出出吸收系數(shù)吸收系數(shù)不同不同通光方向或通光方向或偏振化方向偏振化方向演示演示 兩個(gè)偏振片兩個(gè)偏振片5形象說(shuō)明偏形象說(shuō)明偏振片的原理振片的原理通光方向通光方向腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門(mén)腰橫別扁

3、擔(dān)進(jìn)不了城門(mén)61. 線偏振光線偏振光uu線偏振光的圖示線偏振光的圖示也叫也叫面偏振光面偏振光 偏振光偏振光 完全偏振光完全偏振光二、光源的偏振狀態(tài)二、光源的偏振狀態(tài)在紙面內(nèi)振動(dòng)在紙面內(nèi)振動(dòng)垂直紙面的振動(dòng)垂直紙面的振動(dòng)7 一個(gè)原子一次發(fā)光一定是偏振光一個(gè)原子一次發(fā)光一定是偏振光 如何得到可實(shí)用的線偏振光呢如何得到可實(shí)用的線偏振光呢?特殊特殊光源光源如外腔式如外腔式激光器激光器更多的途徑是更多的途徑是從從普通光源中普通光源中獲取獲取 普通光源的偏振態(tài)普通光源的偏振態(tài) 通常是自然光和部分偏振光通常是自然光和部分偏振光82自然光自然光 普通光源發(fā)光：普通光源發(fā)光：在人們觀察的時(shí)間內(nèi)在人們觀察的時(shí)間內(nèi)

4、有有無(wú)窮次無(wú)窮次的發(fā)光的發(fā)光按統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)按統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn) 人們觀察到的將是：人們觀察到的將是：在在垂直傳播方向的平面內(nèi)垂直傳播方向的平面內(nèi)各個(gè)方向各個(gè)方向的光振動(dòng)全有的光振動(dòng)全有各個(gè)振動(dòng)各個(gè)振動(dòng)方向的強(qiáng)度相等方向的強(qiáng)度相等亂亂是各個(gè)振動(dòng)是各個(gè)振動(dòng)的的無(wú)規(guī)混雜無(wú)規(guī)混雜9xyyxAA 在實(shí)際應(yīng)用中將光矢量分解為在實(shí)際應(yīng)用中將光矢量分解為振幅相等的兩個(gè)垂直分量振幅相等的兩個(gè)垂直分量視研究的問(wèn)題決定如何取坐標(biāo)軸視研究的問(wèn)題決定如何取坐標(biāo)軸如在從自然光中獲取偏振光時(shí)如在從自然光中獲取偏振光時(shí)偏振片的通光方向就是首選的坐標(biāo)軸偏振片的通光方向就是首選的坐標(biāo)軸y或或x圖示圖示各個(gè)方向振動(dòng)全有各個(gè)方向振動(dòng)全有103

5、.部分偏振光部分偏振光本質(zhì)上同自然光本質(zhì)上同自然光 但顯示出某個(gè)方向的振動(dòng)較強(qiáng)些但顯示出某個(gè)方向的振動(dòng)較強(qiáng)些 通光方向通光方向xAyAyxAA 用偏振片檢驗(yàn)用偏振片檢驗(yàn)圖示圖示分量占優(yōu)分量占優(yōu)分量占優(yōu)分量占優(yōu)11第一第一 如何判別光源如何判別光源的偏振態(tài)的偏振態(tài)偏振光的檢驗(yàn)偏振光的檢驗(yàn)三個(gè)基本途徑三個(gè)基本途徑原理：原理：二向色性二向色性 布儒斯特定律布儒斯特定律雙折射雙折射第二第二 如何從普通光如何從普通光源中取得偏振光源中取得偏振光從實(shí)用的角度從實(shí)用的角度 必須解決必須解決兩兩大問(wèn)題大問(wèn)題12偏偏振振化化方方向向自自然然光光振振線線偏偏光光偏振片偏振片第一種第一種從普通光源中獲取偏振光的方法

6、從普通光源中獲取偏振光的方法利用偏振片（二向色性）可以獲取偏振光利用偏振片（二向色性）可以獲取偏振光13三、偏振狀態(tài)的三、偏振狀態(tài)的( (初步初步) )檢驗(yàn)檢驗(yàn) 所謂所謂初步初步： 就上述就上述三種三種偏振態(tài)的檢驗(yàn)而言偏振態(tài)的檢驗(yàn)而言 實(shí)際上還有橢圓和園偏振態(tài)實(shí)際上還有橢圓和園偏振態(tài)1. 裝置裝置入射光入射光出射光出射光觀察出射光觀察出射光強(qiáng)的變化強(qiáng)的變化該偏振片稱(chēng)該偏振片稱(chēng)檢偏器檢偏器偏振片偏振片14入射光入射光出射光出射光觀察出射光強(qiáng)觀察出射光強(qiáng)的變化的變化A2.檢驗(yàn)檢驗(yàn)minmaxII0消光消光minmaxII0I不變不變?nèi)肷涔馊肷涔馊肷涔馊肷涔馊肷涔馊肷涔饩€偏振線偏振自然光自然光部分偏

7、振部分偏振光強(qiáng)變化光強(qiáng)變化15四、馬呂斯定律四、馬呂斯定律 線線偏振光偏振光通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)0I？Ix通光方向通光方向y0A220cosAI 20cosII 反映光矢量對(duì)傳播方向不對(duì)稱(chēng)反映光矢量對(duì)傳播方向不對(duì)稱(chēng)線偏振光線偏振光cos0AAA16P120II S0I光強(qiáng)光強(qiáng)I0的自然光通過(guò)偏振片后光強(qiáng)變?yōu)槎嗌俚淖匀还馔ㄟ^(guò)偏振片后光強(qiáng)變?yōu)槎嗌?該偏振片可以從自然光中取得偏振光該偏振片可以從自然光中取得偏振光所以所以 稱(chēng)為起偏器稱(chēng)為起偏器理想偏振片理想偏振片17思考思考1： 兩個(gè)正交偏振片中間再加一個(gè)偏振片兩個(gè)正交偏振片中間再加一個(gè)偏振片 將出現(xiàn)什么現(xiàn)象？將出現(xiàn)什么現(xiàn)象？PA18

8、 思考思考2： 光強(qiáng)為光強(qiáng)為I0 的一束自然光的一束自然光,依次通過(guò)三個(gè)偏振片依次通過(guò)三個(gè)偏振片P1 、P2 、P3 已知已知P1 和和 P3 的偏振化方向相互垂直的偏振化方向相互垂直 且偏振片無(wú)吸收且偏振片無(wú)吸收 設(shè)設(shè)P1 和和P2 的偏振化方向的夾角為的偏振化方向的夾角為 若以入射光為軸旋轉(zhuǎn)若以入射光為軸旋轉(zhuǎn)P2 則通則通過(guò)這三個(gè)偏振片后的光強(qiáng)過(guò)這三個(gè)偏振片后的光強(qiáng)是是_ 當(dāng)當(dāng)為為_(kāi)時(shí)時(shí) I有最有最大值大值_ IP P1 1P P2 2P P3 3自然光自然光0I192 光在反射折射時(shí)的偏振光在反射折射時(shí)的偏振一、現(xiàn)象一、現(xiàn)象二二 、布儒斯特定律、布儒斯特定律三、玻片堆可獲得兩束線偏振光三

9、、玻片堆可獲得兩束線偏振光20一、現(xiàn)象一、現(xiàn)象21nni自然光入射在兩各向同性介質(zhì)表面自然光入射在兩各向同性介質(zhì)表面觀察反射光觀察反射光 折射光線的偏振狀態(tài)折射光線的偏振狀態(tài)21現(xiàn)象：現(xiàn)象：1.一般入射角的情況一般入射角的情況反射光反射光 折射光都是折射光都是部分偏振光部分偏振光 反射光中反射光中 垂直入射面振動(dòng)占優(yōu)垂直入射面振動(dòng)占優(yōu)折射光中折射光中平行入射面振動(dòng)占優(yōu)平行入射面振動(dòng)占優(yōu)222.特殊入射角的情況特殊入射角的情況1 ) ) 兩光偏振狀態(tài)兩光偏振狀態(tài)反射光反射光 - 完全偏振光完全偏振光折射光折射光 - 部分偏振光部分偏振光2 ) )反射光線與折射光線反射光線與折射光線 垂直垂直( (起偏角起偏角或或布儒斯特角布儒斯特角 ) )1210nntgi入射角滿(mǎn)足入射角滿(mǎn)足23二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律 1210nntgi光在兩各向同性介質(zhì)表面入射時(shí)光在兩各向同性介質(zhì)表面入射時(shí)如果入射角與兩介質(zhì)折射率存在下述關(guān)系如果入射角與兩介質(zhì)折射率存在下述關(guān)系平行入射面的光振動(dòng)全透過(guò)平行入射面的光振動(dòng)全透過(guò)這就是布儒斯特定律這就是布儒斯特定律24思考：思考： 如果入射光中只有垂直入射面的振動(dòng)分量如果入射光中只有垂直入射面的振動(dòng)分量則反射光和透射光的偏振狀態(tài)如何？則反射光和透射光的偏振狀態(tài)如何？25三、玻片堆可獲得兩束線偏振光三、玻片堆可獲得兩束線偏振光 2110nntgr