光的偏振及其應(yīng)用

1、光偏振及其應(yīng)用光的偏振及其應(yīng)用第1頁主要內(nèi)容光偏振概念偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度雙折射與位相延遲器光波偏振狀態(tài)確定光偏振應(yīng)用光偏振光的偏振及其應(yīng)用第2頁光偏振概念波振動形式1完全偏振光2完全非偏振光（自然光）33光的偏振及其應(yīng)用第3頁波振動形式繩波聲波按振動行為劃分有橫波和縱波兩種方式 光的偏振及其應(yīng)用第4頁波振動形式橫波有偏振現(xiàn)象縱波無偏振現(xiàn)象光的偏振及其應(yīng)用第5頁波振動形式電磁波振動方式 光的偏振及其應(yīng)用第6頁波振動形式Maxwell電磁波理論和試驗表明，光波是橫波橫波振動方向垂直于傳輸方向，有偏振性光有偏振現(xiàn)象光的偏振及其應(yīng)用第7頁完全偏振光完全偏振光：在任一時刻，光振動有確定方向完全偏振光偏振類

2、型1. 直線偏振光（平面偏振光）振動在垂直于傳輸方向一個平面內(nèi) 振動方向不變，振動大小改變振動矢量端點運(yùn)動軌跡為直線。光的偏振及其應(yīng)用第8頁完全偏振光2. 圓偏振光 振動方向隨時間旋轉(zhuǎn)，振動大小不變。 振動矢量端點運(yùn)動軌跡為圓 光的偏振及其應(yīng)用第9頁完全偏振光振動方向隨時間旋轉(zhuǎn)，振動大小改變 振動矢量端點運(yùn)動軌跡為橢圓 2. 橢圓偏振光 光的偏振及其應(yīng)用第10頁完全非偏振光振動方向隨機(jī) X-Y平面內(nèi)，各個方向上振動機(jī)會均等 光的偏振及其應(yīng)用第11頁主要內(nèi)容光偏振概念偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度雙折射與位相延遲器光波偏振狀態(tài)確定光偏振應(yīng)用光偏振光的偏振及其應(yīng)用第12頁偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度自然光經(jīng)過一個光學(xué)元件，

3、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。 偏振器光的偏振及其應(yīng)用第13頁偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度 從自然光（非偏振光）產(chǎn)生偏振光路徑： 晶體雙折射。 反射和折射； 二向色性（選擇性吸收）； 散射；光的偏振及其應(yīng)用第14頁偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度Malus 定律 如圖所表示，線偏振器只讓某個振動方向光經(jīng)過，該方向定義為線偏振器透射軸。 一個光強(qiáng)為I 自 自然光經(jīng)過偏振器后，光強(qiáng) = ？光的偏振及其應(yīng)用第15頁偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度一個線偏振光經(jīng)過另一個偏振片后光強(qiáng)遵從Malus定律 透射軸 入射到偏振器2線偏振光為 I0 時, 其透射光強(qiáng)度： - Malus 定律 起偏器 (Polarizer）

4、光的偏振及其應(yīng)用第16頁偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度 任一光振動可分解成兩個垂直分振動,所以入射光、折射光、反射光都可作振動分解。 分界面光場遵從電磁場邊界條件n1n2光的偏振及其應(yīng)用第17頁 定義兩垂直分振動:S振動和P振動 S振動 - 垂直于紙面（入射面）向外 P振動方向： 圖示：光振動分解入射光折射光反射光 一個垂直于入射面 另一個在入射面內(nèi)光的偏振及其應(yīng)用第18頁時反射光中只有S振動-線偏振光（完全偏振光） 反射光中S振動成份多于P振動 自然光入射時，反射光和透射光成為部分偏振光 光的偏振及其應(yīng)用第19頁偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度光的偏振及其應(yīng)用第20頁主要內(nèi)容光偏振概念偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度雙折射與位相延遲器光

5、波偏振狀態(tài)確定光偏振應(yīng)用光偏振光的偏振及其應(yīng)用第21頁雙折射與位相延遲器 當(dāng)光入射到各向同性介質(zhì)（如水、 玻璃等）分界面上時遵從折射 定律； 試驗表明，兩束雙折射光分別是線偏振光 當(dāng)光入射到各向異性介質(zhì)（如冰、 方解石、石英等 晶體）分界面上時，除了正常折射光束，還有 一束折射光束不遵從折射定律;晶體中雙折射現(xiàn)象光的偏振及其應(yīng)用第22頁 尋常光(ordinary light，簡稱o光) - 遵從折射定律光束； 非常光(extraordinary light，簡稱e光) - 不遵從折射定律光束;正入射時光的偏振及其應(yīng)用第23頁 晶體光軸- 晶體中一個方向，沿該方向 傳輸時，o光和e光不分開，傳輸

6、速度相等。 光軸不是晶體中一條直線，而是一個方向，所以在晶體中任何一點都能夠找到一個光軸。 通常晶體為單軸(uniaxial) 或 雙軸(biaxial)晶體。 常見天然單軸晶體有冰、方解石(calcite)和石英 (quartz)等, 雙軸晶體有云母、藍(lán)寶石、黃玉等光的偏振及其應(yīng)用第24頁雙折射與位相延遲器光的偏振及其應(yīng)用第25頁主截面(Principal section)和主平面(Principal plane): 主截面-晶體分界面法線和光軸組成平面； 主平面-晶體里折射光線和光軸組成平面。天然方解石三個表面對應(yīng)主截面:ABCD面AEHD面CDHG面光的偏振及其應(yīng)用第26頁 試驗發(fā)覺：

7、o光振動方向 o光主平面 e光振動方向 | e光主平面 o光和e光是振動方向垂直線偏振光 通常o光主平面和e光主平面可近似認(rèn)為重合， 所以 o 光振動方向垂直于 e 光振動方向.光的偏振及其應(yīng)用第27頁1.定義：由單軸晶體切割成光軸平行于表面且能使o光和e光沿同一方向傳輸并產(chǎn)生一定相位差薄片。2.原理：當(dāng)一束振幅為A0平行光垂直入射到波片上時，在入射點分解成o光和e光相位是相等。但光一進(jìn)入晶體，因為o光和e光傳輸速度不一樣，其波長也不相同，所以就逐步形成相位不一樣兩束光。. 位相延遲器位相延遲器（或稱波片）光的偏振及其應(yīng)用第28頁光偏振狀態(tài)確實定 按偏振度劃分，光波可分為： 1自然光（非偏振光

8、）； 2部分偏振光； 3完全偏振光（線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光） 我們已經(jīng)了解到： 1經(jīng)過偏振片可從自然光和部分偏振光產(chǎn)生線偏振 光，并能夠確定一個光波是否是線偏振光； 2經(jīng)過 波片可將圓或橢圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光， 或?qū)⒕€偏轉(zhuǎn)換為橢偏或圓偏。 光的偏振及其應(yīng)用第29頁主要內(nèi)容光偏振概念偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度雙折射與位相延遲器光波偏振狀態(tài)確定光偏振應(yīng)用光偏振光的偏振及其應(yīng)用第30頁偏振片和 波片結(jié)合起來能夠產(chǎn)生所需偏振光， 也能夠分析光波偏振狀態(tài)光的偏振及其應(yīng)用第31頁在偏振片前放1個1/4波片，波片快軸沿光強(qiáng)極大或極小方向。轉(zhuǎn)動偏振片在偏振片偏振片前放1個1/4波片。轉(zhuǎn)動待測光波垂直入射光強(qiáng)無

9、改變光強(qiáng)有改變光強(qiáng)有為零極小值（消光）轉(zhuǎn)動偏振片有消光現(xiàn)象光強(qiáng)不變自然光圓偏振光線偏振光有消光現(xiàn)象無消光現(xiàn)象橢圓偏振光部分偏振光光的偏振及其應(yīng)用第32頁主要內(nèi)容光偏振概念偏振光產(chǎn)生及強(qiáng)度雙折射與位相延遲器光波偏振狀態(tài)確定光偏振應(yīng)用光偏振光的偏振及其應(yīng)用第33頁光偏振應(yīng)用液晶顯示器件光的偏振及其應(yīng)用第34頁 因為液晶含有單軸晶體光學(xué)各向異性，所以含有以下光學(xué)特征：1）能使入射光沿液晶分子偶極矩方向偏轉(zhuǎn)；2）使入射偏光狀態(tài)，及偏光軸方向發(fā)生改變；3）使入射左旋及右旋偏光產(chǎn)生對應(yīng)透過或反射。 液晶器件基本就是依據(jù)這三種光學(xué)特設(shè)計制造。光偏振應(yīng)用光的偏振及其應(yīng)用第35頁液晶材料在施加電場（電流）時，其

10、光學(xué)性質(zhì)會發(fā)生改變，這種效應(yīng)稱為液晶電光效應(yīng)。液晶電光效應(yīng)在液晶顯示器設(shè)計中被廣泛采取。當(dāng)前發(fā)覺電光效應(yīng)種類很多，產(chǎn)生電光效應(yīng)機(jī)理也較為復(fù)雜，但就其本質(zhì)來講都是液晶分子在電場作用下改變其分子排列或造成份子變形結(jié)果。光偏振應(yīng)用光的偏振及其應(yīng)用第36頁生物生理機(jī)能與偏振光 人眼睛對光偏振狀態(tài)是不能分辨，但一些昆蟲眼睛對偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支復(fù)眼、兩支復(fù)眼，每個復(fù)眼包含有6300個小眼，這些小眼能依據(jù)太陽偏光確定太陽方位，然后以太陽為定向標(biāo)來判斷方向，所以蜜蜂能夠準(zhǔn)確無誤地把它同類引到它所找到花叢。 再如在沙漠中，假如不帶羅盤，人是會迷路，不過沙漠中有一個螞蟻，它能利用天空中紫外偏光導(dǎo)航，因而不會迷路。光偏振應(yīng)用光的偏振及其應(yīng)用第37頁光偏振應(yīng)用機(jī)械感應(yīng)-光彈效應(yīng)(Pho