光學(xué)教學(xué)課件：chapt5-3_Polarization generation

1、15-3偏振光的強(qiáng)度 5-3-1 偏振器(Polarizer) 自然光通過(guò)一個(gè)光學(xué)元件，成為偏振光 產(chǎn)生線偏振光 - 線偏振器； 產(chǎn)生橢圓偏振光 - 橢圓偏振器。 偏振器23 從自然光（非偏振光）產(chǎn)生偏振光的途徑： 晶體的雙折射。 反射和折射； 二向色性（選擇性吸收）； 散射；45-3-2 Malus 定律 如圖所示，線偏振器只讓某個(gè)振動(dòng)方向的光通過(guò)，該方向定義為線偏振器的透射軸。 透射軸一個(gè)光強(qiáng)為I 自 的自然光經(jīng)過(guò)偏振器后，光強(qiáng) = ？I 自I 0=?5計(jì)算光強(qiáng)為 I 自 的自然光經(jīng)過(guò)偏振器后的光強(qiáng) I0 ：透射軸aE自E0對(duì)自然光，a 在（0，2p）間隨機(jī)變化，各個(gè)方向機(jī)會(huì)均等。 6線偏

2、振光通過(guò)另一個(gè)偏振片后的光強(qiáng)遵從Malus 定律 透射軸 入射到檢偏器的線偏振光光強(qiáng)為 I0 時(shí), 其透射光強(qiáng)度： - Malus 定律 起偏器 (Polarizer） 檢偏器 (Analyzer) 7Malus 定律的討論： I (90o) = 0 消光。 I (0o) = I 0 光強(qiáng)極大； 通過(guò)消光現(xiàn)象可以確定入射光是否為線偏振光85-4 反射和折射產(chǎn)生偏振光 在介質(zhì)分界面上，由于光（電磁場(chǎng)）和物質(zhì)的相互作用，不僅傳播方向改變，振動(dòng)狀態(tài)也會(huì)變化； 因此光在兩種介質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)，反射光和折射光的偏振性質(zhì)與入射光不同； 自然光通過(guò)反射和折射可以產(chǎn)生偏振光。n1n295-4-1 分界

3、面上振幅和光強(qiáng)的分配關(guān)系- Fresnel 公式 任一光振動(dòng)可分解成兩個(gè)垂直分振動(dòng)， 因此入射光、折射光、反射光都可作振動(dòng)分解。 分界面的光場(chǎng)遵從電磁場(chǎng)的邊界條件n1n210 定義兩個(gè)垂直分振動(dòng)分量:S振動(dòng)和P振動(dòng) - 在入射面內(nèi)圖示：光振動(dòng)的分解S振動(dòng)P振動(dòng)- 垂直于入射面 S振動(dòng) - 垂直于紙面 （入射面）向外作圖慣例： P振動(dòng) 的方向： n1n211 邊界條件：(透明介質(zhì))E 、H 的切線分量連續(xù)D 、B 的法線分量連續(xù) 折射定律： 各向同性的均勻介質(zhì)中 物質(zhì)方程 電磁波：速度：12反射系數(shù) 透射系數(shù) S 振動(dòng)：P 振動(dòng)： 反射系數(shù) 透射系數(shù) 可知：S 振動(dòng)和P 振動(dòng)彼此獨(dú)立，只與i1和

4、i2 有關(guān)Fresnel 公式：n1n2i1i2i113定義反射率 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橫截面相同橫截面橫截面橫截面入射折射反射（單位時(shí)間內(nèi)）14橫截面橫截面橫截面入射折射反射 能量守恒 R + T = 1（無(wú)吸收） 透射光束和入射光束的橫截面不同Ts = 1-RsTp = 1-Rp15 i1 = 0o 時(shí)： i1 = 90o 時(shí)：圖示： 時(shí)的反射率隨入射角變化的曲線n1=1, n2 =1.5165-4-2 反射和折射產(chǎn)生的偏振 反射光中 S振動(dòng)多于P振動(dòng) 自然光入射時(shí)，反射光和透射光成為部分偏振光 由反射率曲線可知，

5、 特殊情形： 時(shí)反射光中只有 S 振動(dòng)-線偏振光17自然光經(jīng)過(guò)反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光n1n2i1i2i1自然光部分偏振光部分偏振光時(shí)線偏振光n1n2線偏振光自然光部分偏振光反射起偏 i1i218由折射定律時(shí)， 對(duì)應(yīng)的入射角 Brewster 角 ： 玻璃： n1=1, n2 =1.5 57 oMalus 實(shí)驗(yàn)線偏振光n1n2線偏振光自然光部分偏振光19 反射起偏時(shí)，反射率 15 %0.15 自然光以Brewster 角入射 時(shí)， P 振動(dòng)無(wú)反射，全部透射。 S振動(dòng)的透過(guò)率=(0.85)40 0.0015 例如：20片時(shí), 通過(guò)多層介質(zhì)堆，S振動(dòng)經(jīng)多次反射，最后的透射光成為單一P振動(dòng)的線偏振

6、光 。玻璃堆起偏器20激光器諧振腔中的Brewster窗P振動(dòng)100%透過(guò) Brewster 角的應(yīng)用21（B）用偏光鏡消除了反射偏振光,使玻璃門(mén)內(nèi)的人物清晰可見(jiàn)（A）玻璃門(mén)表面的反光很強(qiáng)225-5 選擇性吸收產(chǎn)生偏振光-物質(zhì)的二向色性 某些物質(zhì)可以選擇性地 吸收 掉兩個(gè)垂直振動(dòng)分量中的一個(gè)，剩下另一個(gè)分量 產(chǎn)生偏振 5-5-1 線形導(dǎo)線光柵 導(dǎo)線中的自由電子吸收掉平行于導(dǎo)線的電場(chǎng)振動(dòng) 235-5-2 人造偏振片 碘溶液中浸過(guò)的有機(jī)分子薄膜經(jīng)過(guò)拉伸，如浸碘的聚乙烯醇薄膜（形成平行的長(zhǎng)鏈大分子，碘原子中的自由電子可沿長(zhǎng)鏈運(yùn)動(dòng)） 人造偏振片觀看立體電影時(shí)使用的偏振眼鏡應(yīng)用之一：24立體電影255-5-3 二向色性晶體 對(duì)不同波長(zhǎng)，吸收本領(lǐng)不同，透射光有顏色 沿光軸方向入射時(shí)，呈現(xiàn)黑色 二向色性 垂直于光軸方向的 光振動(dòng)被吸收 透射光成為偏振光（電氣石）265-6 散射產(chǎn)生偏振光 5-6-1 光的散射 物質(zhì)微粒對(duì)光的反射和折射 呈現(xiàn)光的散射現(xiàn)象 大量微粒不規(guī)則地分布于透明介質(zhì)內(nèi)，當(dāng)微粒濃度增加時(shí) 散射現(xiàn)象愈加明顯27 Rayleigh 散射定律 ：圖示：散射曲線散射強(qiáng)度Mie 區(qū)Rayleigh區(qū) 散射分類(lèi)： Rayleigh散射(分子散射) :微粒的線度 a 入射光波長(zhǎng) l 285-6-2 散射光的偏振 考慮分子散射，分子在入射光的作用下受拍振動(dòng)， 發(fā)出次