光學教案第5章

/泰山學院物理與電子工程學院教案教研室電光原教研室任課班級２010物理學專業(yè)學生人數40教師閆專懷電光原教研室教師姓名：閆專懷年月日課程名稱授課專業(yè)和班級２010物理學授課章節(jié)與題目第五章?光的偏振課時10教學目的1、理解自然光和偏振光,理解線偏振光的產生方法和檢驗方法。２、掌握馬呂斯定律、布儒斯特定律。3、了解雙折射現(xiàn)象及所產生的偏振光。４、理解偏振光的干涉原理。教學方法１、采用啟發(fā)式的教學法，由淺入深的進行教學。2、采用多媒體教學手段：制作與教材配套的課件、運用課件、網絡、錄像等手段進行教學.教學重點與難點重點:偏振光的定義，用馬呂斯定律和布儒斯特定律計算有關光的偏振問題難點：雙折射現(xiàn)象的產生機理作業(yè)P267頁5.2；5。4；５．6；５.8;5．9；５.１０；５.11;5.12;5.13；5.15教學小結光的偏振現(xiàn)象說明了光的橫波性。本章著重討論偏振光的產生、檢定和干涉。電光原教研室教師姓名：閆專懷年月日課程名稱授課專業(yè)和班級2010物理學授課章節(jié)與題目５。1自然光與偏振光５。２線偏振光與部分偏振光課時2教學目的1、了解偏振光和自然光的表觀區(qū)別和內在聯(lián)系2、理解光的偏振現(xiàn)象是光的橫波性最直接的實驗證據教學方法1、采用啟發(fā)式的教學法，由淺入深的進行教學.2、采用多媒體教學手段：制作與教材配套的課件、運用課件、網絡、錄像等手段進行教學.教學重點與難點重點：偏振光的概念作業(yè)P266頁5。2教學小結偏振現(xiàn)象只有橫波才能產生，偏振光的概念學生接受需要一個過程.教學過程與內容5．1?自然光與偏振光５.1．1光的偏振性1、偏振：振動方向對于傳播方向的不對稱性；只有橫波才有偏振現(xiàn)象.２、偏振態(tài)的種類：自然光、部分偏振光、平面偏振光(線偏振光）、圓偏振光和橢圓偏振光３、偏振面:偏振光的振動方向與傳播方向組成的面5.1。2自然光與偏振光1、定義：光矢量在與光線垂直的平面內,各個方向機會均等，振幅相等。2、機理:原子自發(fā)輻射具有獨立性、間歇性和隨機性３、圖示

4、分量表示

=

5。2線偏振光與部分偏振光5。2.1由二向色性產生的線偏振光1、定義：光在傳播過程中電矢量的振動只限于某一確定平面內2、獲得方法：自然光通過起偏器３、圖是：4、晶體的二向色性、透振方向、偏振片、

起偏器、檢偏器馬呂斯定律：1、描述:平面偏振光通過檢振器后，透射光強度隨角(線偏振光電矢量的震動方向和起偏器的透振方向的夾角）變化的這種規(guī)率２、表達式：

5.２。２部分偏振光1、定義：光矢量在與光線垂直的平面內,各個方向機會均等,振幅不相等2、獲得:自然光在介質表面反射，當入射角時反射光的偏振態(tài)為部分偏振光3、分量表示：

４、圖示:

5、偏振度

布儒斯特定律：1、布儒斯特角

2、布儒斯特定律的表達式

3、自然光以布儒斯特角入射時反射光為線偏振光５。2.3透射光的偏振態(tài)教學后記電光原教研室教師姓名：閆專懷年月日課程名稱授課專業(yè)和班級２0１0物理學授課章節(jié)與題目光通過單軸晶體時的雙折射現(xiàn)象光在晶體中的波面課時2教學目的明確單軸晶體的光軸、主截面和振動面的意義;尋常光和非常光的性質掌握單軸晶體中的惠更斯作圖法確定光在單軸晶體內的傳播方向教學方法1、采用啟發(fā)式的教學法，由淺入深的進行教學。２、采用多媒體教學手段：制作與教材配套的課件、運用課件、網絡、錄像等手段進行教學.教學重點與難點重點：單軸晶體的雙折射現(xiàn)象，尋常光和非常光.作業(yè)P２67頁5.4;5．6教學小結晶體中的光軸是一個十分重要的概念，主截面和主平面的概念學生容易混淆,理解尋常光和非常光的物理含義。教學過程與內容5。3光通過單軸晶體時的雙折射現(xiàn)象5.3.１雙折射現(xiàn)象（光垂直方解石表面入射時折射光分成兩束出射）１、尋常光(ｏ光）：在雙折射中遵從折射定律的那束光

2、非常光（ｅ光）：雙折射中違背折射定律的那束光

３、光軸：晶體內存在著一些特殊的方向,沿著這些方向傳播的光并不發(fā)生雙折射，晶體內平行于這些特殊方向的任何直線叫做晶體的光軸5.3。2光軸主平面與主截面1、單軸晶體：只有一個光軸的晶體2、晶體的主平面：在單軸晶體中，包含晶體光軸和一條給定光線的平面叫做與這條光線相對應的晶體的主平面３、晶體的主截面：包含晶體光軸和界面法線的平面叫主截面5。3.3ｏ光和e光的相對光強1、性質：ｏ光和e光都是線偏振光,o光的振動面垂直于自己的主截面，e光的振動面平行自己的主截面,僅當光軸位于入射面內時,這兩個主截面才嚴格地互相重合。2、ｏ光的強度

３、ｅ光的強度

４、總光強

三、例題強度為的自然光，垂直入射到方解石晶體上后又垂直入射到另一塊完全相同的晶體上。兩塊晶體主截面之間的夾角為，試求當分別等于時，最后透射出來的光束的相對強度(不考慮反射、吸收的損失)

5.4光在晶體中的波面光在晶體中的波面:１、晶體的微觀結構構成晶體的原于、離子或分子可以認為是各向異性的振子。它們在三個完全一定的互相垂直的方向上具有三個一般說來不同的固有頻率、和.對于單軸晶體，為平行于晶體的光軸方向的固有振動頻率,、為垂直于光軸方向的固有頻率。2、o光的波面o光的振動方向垂直于主截面，沿一切方向傳播的速度都相同,o光的波面是一個球面。３、光的波面

e光的振動方向平行于主截面，沿光軸方向的速度為，垂直于光軸方向的速度為，在任何其它方向的傳播速度v’介于和之間;E光的波面是旋轉橢球面,它和一個主截面的交線是橢圓.

４、正晶體：光在正晶體中傳播時，e光的速度在除光軸外的任何方向上都比o光小

5、負晶體、光在負晶體中傳播時,e光的速度在除光軸外的任何方向上都比ｏ光大教學后記電光原教研室教師姓名:閆專懷年月日課程名稱授課專業(yè)和班級20１0物理學授課章節(jié)與題目５．５光在晶體中的傳播方向５.6偏振器件課時2教學目的掌握單軸晶體中光的傳播方向理解偏振器件的制作原理教學方法1、采用啟發(fā)式的教學法,由淺入深的進行教學。2、采用多媒體教學手段：制作與教材配套的課件、運用課件、網絡、錄像等手段進行教學.教學重點與難點重點：尼科耳棱鏡的工作原理作業(yè)P２6７頁5.8教學小結了解光在晶體中的傳播方向，為下一節(jié)波片打下基礎。尼科耳棱鏡是用來獲得線偏振光的主要儀器之一，其優(yōu)點是可以取得嚴格的線偏振光,且透明無色。教學過程與內容5.５光在晶體中的傳播方向5.５.1光在晶體中的傳播方向（單軸晶體）１、由作圖法確定光光在晶體中的傳播方向2、ｏ光的傳播方向垂直于o光的波面3、e光的傳播方向不垂直于e光的波面（除光軸方向和垂直于光軸方向外）４、幾個特殊情況的傳播方向（如圖）5．５．２單軸晶體的主折射率1、o光的折射率2、ｅ光的主折射率(ｅ光沿垂直于光軸方向傳播時）

3、討論

對于負晶體,e光的主折射率小于ｏ光的折射率，對于正晶體,反之。四、例題１、書上例題５.6偏振器件元件的原理

利用晶體的雙折射特性：1、光都是平面偏振光；2、一般來說，兩束光的傳播速度不一樣5．６。1尼科耳棱鏡a）

結構b)

原理ｃ)

應用作為起偏器、檢偏器d）

正交尼科耳e)

平行尼科耳5。6．2沃拉斯頓棱鏡a）

結構b）

原理5．6。3波片

表面平行的單軸晶體，其光軸與晶體表面平行時，o光和e光沿同一方向傳播,我們把這祥的晶體叫做波片a)

理論計算出射時o光和e光的位相差

b）四分之一波片波片的厚度滿足

時光通過四分之一波片后，o光和ｅ光的位相差。c）半波片晶片的厚度使兩束光引入的光程差為引入的位相差為d）半波片的性質入射的平面偏振光的振動面和晶體主截面之間的夾角為時,則透射出來的平面偏振光的振動面從原來的方位轉過角。

教學后記電光原教研室教師姓名：閆專懷年月日課程名稱授課專業(yè)和班級２010物理學授課章節(jié)與題目５.7橢圓偏振光和園偏振光5.8偏振態(tài)的實驗檢驗課時２教學目的掌握產生線偏振光、園偏振光和橢圓偏振光的條件學會利用波片和檢偏器來產生和檢定各種偏振光的原理和方法教學方法1、采用啟發(fā)式的教學法，由淺入深的進行教學.2、采用多媒體教學手段：制作與教材配套的課件、運用課件、網絡、錄像等手段進行教學。教學重點與難點重點：產生園偏振光和橢圓偏振光的條件難點：偏振態(tài)的實驗檢驗作業(yè)Ｐ267頁５．9;5。1０;5.11；５.12教學小結橢圓偏振光和園偏振光的產生應注意以下幾點:１、入射光必須是嚴格的線偏振光。2、垂直入射到晶體表面。３、晶體光軸與晶體表面平行，4、對園偏振光還要求入射光的電矢量振動與1／4波片成45°角。教學過程與內容5.7橢圓偏振光和園偏振光５。7．11、右旋橢圓偏振光２、左旋橢圓偏振光3、圖示５.7.2圓偏振光和橢圓偏振光的獲得5。７。3

自然光改造成橢圓偏振光或園偏振光１、橢圓偏振器：一個恰當取向的起偏器(透振方向不平行也不相互垂直）和一塊波晶片的串接組合2、圓偏振器：透振方向與光軸成４5度的一個起偏器和一塊四分之一波晶片的串接組合橢圓偏振光的3、橢圓偏振光的獲得

自然光線偏振光橢圓偏振光

即自然光橢圓偏振光4、圓偏振光的獲得

自然光（振動方向與波片光軸成角)線偏振光圓偏振光即自然光圓偏振光5。８偏振態(tài)的實驗檢驗５.8.1線偏振光的檢驗1、線偏振光通過偏振片時透射光的強度

是當線偏振光的振動方向和偏振片的透振方之間的夾角

2、消光：上試中時，透射光的強度為零。5。8.2園偏振光和橢圓偏振光的檢驗入射光四、例題1、如果一個二分之一波片或四分之一波片的光軸與起偏振器的偏振方向成30度角，試問從二分之一波片還是從四分之一波片透射出來的光將是：（1)線偏振光；（２)圓偏振光;(3)橢圓偏振光?為何？

2、在兩個正交尼克耳棱鏡N1和N2之間垂直插入一塊波晶片，發(fā)現(xiàn)N２后面有光出射.但當N2繞入射光向順時針轉過后,N2的視場全暗，此時,把波晶片也繞入射光向順時針轉過，N２的視場又亮了，（1）這是什么性質的波晶片;（2)N2要轉過多大的角度才能使N2的視場又變?yōu)槿担?.8。3補償器教學后記?電光原教研室教師姓名：閆專懷年月日課程名稱授課專業(yè)和班級２０1０物理學授課章節(jié)與題目5。9偏振光的干涉課時2教學目的理解偏振光的干涉原理教學方法1、采用啟發(fā)式的教學法，由淺入深的進行教學。2、采用多媒體教學手段：制作與教材配套的課件、運用課件、網絡、錄像等手段進行教學。教學重點與難點重點:偏振光的干涉原理作業(yè)P2６7頁５．1３;5。１５教學小結偏振光的干涉必須滿足頻率相同、振動方向基本相同、有恒定的相位差。教學過程與內容５.9偏振光的干涉5.9．１單色自然光通過一個偏振片以后,垂直射在光軸平行于表面的晶片，從晶片出來的是兩束傳播方向相同、振動方向相互垂直、頻率相等、有恒定相位差的線偏振光。5。9.2線P1∥Ｐ２時幾種情況：⑴當晶片厚度均勻時，光屏上強度相同。旋轉晶片（即改變θ），強度發(fā)生變化;旋轉偏振片時，強度也發(fā)生變化。⑵晶片一定時,?φ與入射光波長有關。當白光入射時,某些波長的光滿足相長干涉條件、某些波長的光滿足相消干涉條件