大學(xué)光學(xué)L光橫波性與五種偏振態(tài)

會計(jì)學(xué)1大學(xué)光學(xué)L光橫波性與五種偏振態(tài)2）偏振片（1）晶體的二向色性（選擇吸收性）（2）偏振片及其透振方向和消光方向（3）偏振片的制造（4）偏振片的起偏和檢偏性能第1頁/共45頁2．光的橫波性1）機(jī)械波的橫波性的檢驗(yàn)2）光波的橫波性的檢驗(yàn)第2頁/共45頁3．光的五種偏振態(tài)1）光是橫波，才有不同的偏振狀態(tài)2）光波的五種偏振態(tài)：線偏振光、自然光、部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。4．線偏振光1)線偏振光的定義：第3頁/共45頁在垂直光傳播方向的平面上，只有單一方向的振動矢量，隨著時間的推移，振動矢量只改變大小、不改變方向。第4頁/共45頁線偏振光：光矢量E只沿一個固定方向振動。第5頁/共45頁2)振動面與平面偏振光振動面：線偏振光的傳播方向與振動方向構(gòu)成的平面。同一波線上的線偏振光的光振動均處于同一振動面上，又稱線偏振光為平面偏振光。線偏振光是偏振程度最強(qiáng)的光，又稱線偏振光為全偏振光。第6頁/共45頁3）線偏振光通過偏振片后的光強(qiáng)度若入射的線偏振光強(qiáng)為：旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)的變化為：線偏振光存在一個消光方向,在垂直P的透振方向上第7頁/共45頁4）馬呂斯定律稱上式為馬呂斯定律注意：

（1）只適用于線偏振光（2）馬呂斯定律公式上的三角函數(shù)項(xiàng)是平方項(xiàng)。由于：就有：第8頁/共45頁5）起偏器和檢偏器起偏器：任何偏振態(tài)的光通過后透射光都變?yōu)榫€偏振光的器件。檢偏器：檢查入射光偏振態(tài)的器件線偏振射光通過此器件后光強(qiáng)變?yōu)榱?。偏振片既是起偏器，又是檢偏器。第9頁/共45頁自然光通過偏振片后，光強(qiáng)為原來的二分之一。旋轉(zhuǎn)起偏器，屏幕上光強(qiáng)不變。第10頁/共45頁檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，透射光光強(qiáng)出現(xiàn)兩次最強(qiáng)，兩次消光，說明入射到P2

上的光是線偏振光。P2P1第11頁/共45頁6）一束線偏振光可以分解為兩束互相垂直的線偏振光第12頁/共45頁若將帶入?yún)⒘糠匠滔⒘縯，就有：，這正是直線方程結(jié)論：（1）線偏振光可以分解為兩個互相垂直的相位差為0或的線偏振光，（2）可以由這兩束線偏振光代替這束線偏振光。第13頁/共45頁5．自然光1）自然光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動，各個方向的振動幅度均相等，形成如圖所示的軸對稱振幅分布。第14頁/共45頁自然光：由于原子發(fā)光的獨(dú)立性與隨機(jī)性，對于普通光源所發(fā)的光，光矢量分布各向均勻。各光矢量之間無固定的相位關(guān)系。可用兩個相互垂直的光矢量表示自然光，但兩者之間也無固定的相位關(guān)系。第15頁/共45頁2）自然光通過偏振片后的光強(qiáng)度若入射的自然光強(qiáng)為：自然光旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)均為：第16頁/共45頁（非相干迭加）第17頁/共45頁3）試證明自然光通過偏振片后出射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的一半。自然光由無數(shù)條非相干的線偏振光組成數(shù)密度：單位夾角內(nèi)包含的線偏振光的條數(shù)角內(nèi)包含的線偏振光的條數(shù)：第18頁/共45頁角內(nèi)包含的線偏振光的總強(qiáng)度：入射的自然光的總光強(qiáng)：設(shè)偏振片的透振方向與角內(nèi)線偏振光的夾角為：依據(jù)馬呂斯定律：第19頁/共45頁角內(nèi)的線偏振光通過偏振片后的光強(qiáng)為：透過偏振片后自然光的光強(qiáng)變?yōu)椋阂虼擞校鹤⒁猓阂呀?jīng)將公式中的改寫為第20頁/共45頁6．部分偏振光1）部分偏振光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動，但不同方向的振動幅度不相等，形成如圖的振幅分布。第21頁/共45頁部分偏振光:介于線偏振光與自然光之間的情形，可看成線偏振光與自然光的混合。第22頁/共45頁若入射的部分偏振光強(qiáng)為旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)的變化為：與的振動方向互相垂直，沒有消光現(xiàn)象出現(xiàn)部分偏振光2）部分偏振光通過偏振片后的光強(qiáng)度

第23頁/共45頁3）部分偏振光的總光強(qiáng)4）偏振度：

時，，為自然光＝時，，是線偏振光注意：與是所有線偏振光在這兩個互相垂直方向上的投影分量的非相干疊加。第24頁/共45頁P(yáng)1例題1自然光通過兩個偏振化方向的夾角為60°的偏振片后，透射光強(qiáng)為I

.若在兩偏振片間再插入另一偏振片，它與前兩者的偏振化方向的夾角均為30°，則此時透射光光強(qiáng)為多少？IP解I0I1第25頁/共45頁P(yáng)1I′PI0P2I1I2第26頁/共45頁例題2

一束光由自然光和線偏振光混合組成，當(dāng)它通過一轉(zhuǎn)動的偏振片時，透射光光強(qiáng)的最大值是最小值的5倍。求入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)各占入射光光強(qiáng)的幾分之幾？解設(shè)入射光光強(qiáng)為I0，其中自然光光強(qiáng)為I10，線偏振光強(qiáng)度為I20設(shè)通過偏振片后的光強(qiáng)分別為I

，I1，I2為什么？第27頁/共45頁例題3:P309例5.1第28頁/共45頁7．圓偏振光1）圓偏振光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動矢量，振動矢量的大小不變，振動方向勻速轉(zhuǎn)動，振動矢量的端點(diǎn)描繪成一個圓形軌跡。第29頁/共45頁2）圓偏振光通過偏振片后的光強(qiáng)度若入射光強(qiáng)為：圓偏振光旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)不變化第30頁/共45頁3）圓偏振光能夠分解成兩束互相垂直的線偏振光A第31頁/共45頁若將帶入方程，消去參量t就有：，正是圓方程。結(jié)論：（1）圓偏振光可以分解為兩個互相垂直的振幅相等、相位差為的線偏振光。（2）可以由這兩束線偏振光來代替這束圓偏振光。第32頁/共45頁4）圓偏振光的總光強(qiáng)：5）左旋圓偏振光與右旋圓偏振光（1）定義：迎著光線傳播方向觀看，若振動矢量順時針旋轉(zhuǎn)就稱為右旋圓偏振光，此時：若振動矢量逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為左旋圓偏振光，此時：第33頁/共45頁（2）證明：若圓偏振光的，則振動矢量逆時針旋轉(zhuǎn)。證明：

已知：如圖所示，由到旋轉(zhuǎn)走向?yàn)槟鏁r針方向。第34頁/共45頁8．橢圓偏振光1）橢圓偏振光定義：在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動矢量，振動矢量的大小和方向不斷地改變，振動矢量的端點(diǎn)描繪成一個橢圓形軌跡。第35頁/共45頁2）橢圓偏振光通過偏振片后的光強(qiáng)度橢圓振光若入射的部分偏振光強(qiáng)為旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)的變化為：與的振動方向垂直。,沒有消光現(xiàn)象出現(xiàn)第36頁/共45頁3）橢圓偏振光能夠分解成兩束互相垂直的線偏振光當(dāng)時，A第37頁/共45頁若消去參量方程中的t有：這正是橢圓方程式結(jié)論：（1）橢圓偏振光可以分解為兩個互相垂直的振幅不相等的相位差固定、但不等于或0的線偏振光。（2）可以由這兩束線偏振光來代替這束橢圓偏振光。第38頁/共45頁4）橢圓偏振光的總光強(qiáng)：

5）左旋與右旋橢圓偏振光定義：迎著光線傳播的方向觀看，若振動矢量順時針旋轉(zhuǎn)就稱為右旋橢圓偏振光，若振動矢量逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為左旋橢圓偏振光。第39頁/共45頁6）各種相位差對應(yīng)的橢圓偏振態(tài)圖（1）當(dāng)坐標(biāo)系為如圖所示時（2）參量方程為：第40頁/共45頁（3）就有如下的各種相位差對應(yīng)的橢圓偏振態(tài)圖（4）若參量方程用復(fù)振幅表示，則為：，

。，第41頁/共45頁7）自然光能夠分解成兩束線偏振光兩束線偏振光的關(guān)系是：（1）分解的方向可以任意，但兩束線偏振光的方向必須互相垂直（2）兩束線偏振光的光強(qiáng)相等，均為（3）兩束線偏振光的相位差隨時間變化，不穩(wěn)定。（4）可以用分解成的兩束線偏振光代替這束自然光第42頁/共45頁8）為什么自然光只能由相位差不穩(wěn)定的兩束線偏振光代替。若兩束線偏振光之間有穩(wěn)定的相位差，就能合成線偏振光、圓偏振光或橢圓偏