反射和折射的偏振特性

反射和折射的偏振特性第1頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三1.偏振度如果由于外界的作用，使各個(gè)振動(dòng)方向上的振動(dòng)強(qiáng)度不相等，就變成部分偏振光。如果光矢量有確定不變的或有規(guī)則變化的振動(dòng)方向，則稱為完全偏振光。部分偏振光可以看作是完全偏振光和自然光的混合，而完全偏振光若不特別說明，都是指線偏振光。自然光（完全非偏振光）沒有優(yōu)勢方向自然光的分解第2頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)1.偏振度完全偏振光傳向播方面振動(dòng)面對光的傳播方向看光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)平行板面第3頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第4頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第5頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第6頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第7頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第8頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....起偏器檢偏器自然光線偏振光兩偏振片的偏振化方向相互垂直，光強(qiáng)為零。偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第9頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光第10頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第11頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第12頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第13頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第14頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第15頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三為便于研究，可將任意光矢量視為兩個(gè)正交分量（例如，s分量和p分量）的組合，因此，任意光波能量都可表示為①在完全非偏振光中，

；②在部分偏振光中，；③在完全偏振光中，或

或。偏振度的定義是，在部分偏振光的總強(qiáng)度中完全偏振光所占的比例，即1.偏振度第16頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三偏振度還可以表示為①對于完全非偏振光，P=0；②對于完全偏振光，P=l；③一般的

P值表示部分偏振光，P值愈接近

l，光的偏振程度愈高。式中，IM和Im分別為兩個(gè)特殊（正交）方向上所對應(yīng)的最大和最小光強(qiáng)。1.偏振度第17頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三2．反射和折射的偏振特性1）自然光的反射、折射特性由于入射的自然光能量且由非涅耳公式可知，通常，rs

rp，

ts

tp，因此，反射光和折射光的偏振狀態(tài)相對入射光發(fā)生變化。即使入射光是線偏振光，其反射光和折射光的振動(dòng)方向也會(huì)發(fā)生變化。自然光的反射率為第18頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三相應(yīng)的反射光偏振度為折射光的偏振度為1）自然光的反射、折射特性第19頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三1）自然光的反射、折射特性根據(jù)前面有關(guān)反射率和折射率的討論，在不同入射角的情況下，自然光的反射、折射和偏振特性如下：①自然光正入射（1=00）和掠入射界面（1900）時(shí)，因而即反射光和折射光仍為自然光。第20頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三②自然光斜入射界面時(shí)，因

Rs和

Rp、Ts和

Tp不相等，所以反射光和折射光都變成部分偏振光。③自然光正入射界而時(shí)，反射率為例如，光由空氣（n1=1）正入射至玻璃（n2=1.53）時(shí)，Rn=4.3%；正入射至紅寶石（n=1.769）時(shí)，Rn=7.7%；正入射至鍺片（n3=4）時(shí)，Rn

=36%。1）自然光的反射、折射特性第21頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三④自然光斜入射至界面上時(shí)，反射率為隨著入射角的變化，自然光反射率的變化規(guī)律為：（?。┕庥晒馐杞橘|(zhì)射向光密介質(zhì)（例如，由空氣射向玻璃）時(shí)，由圖可見，在1<450范圍內(nèi)，Rn基本不變，且近似等于4.3％；在1

>450時(shí)，隨1的增大，Rn較快地變大。1）自然光的反射、折射特性第22頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三(ⅱ)光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，在入射角大于臨界角范圍內(nèi)，將發(fā)生全反射。自然光反射率的變化規(guī)律為：第23頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三由反射率公式可得

Rs=15％，因此，反射光強(qiáng)(ⅲ)當(dāng)1=B時(shí)，由于Rp=0，Pr=l，所以反射光為完全偏振光。例如，光由空氣射向玻璃時(shí)，布儒斯持角為這說明反射光為偏振光，但反射光強(qiáng)很小。自然光反射率的變化規(guī)律為：第24頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三所以透射光的偏振度為因此，透射光的光強(qiáng)很大（It=0.925Ii），但偏振度很小。對于透射光，因Irp=0，有Itp=Iip。又由于入射是自然光，有Iip=0.5Ii。進(jìn)一步，因?yàn)樽匀还夥瓷渎实淖兓?guī)律為：第25頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三1=B

時(shí)，反射光只有s分量B

—布儒斯特角或起偏角·······n1n212·自然光反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光······n1n2B2線偏振光··S起偏振角····自然光反射率的變化規(guī)律為：第26頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三由上所述可以看出，要想通過單次反射的方法獲得強(qiáng)反射的線偏振光、高偏振度的透射光是很困難的。在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常采用“片堆”達(dá)到上述目的?！捌选笔怯梢唤M平行平面玻璃片（或其它透明的薄片，如石英片等）疊在一起構(gòu)成的。將這些玻璃片放在圓筒內(nèi)，使其表面法線與圓筒軸構(gòu)成布儒斯特角（B)。自然光反射率的變化規(guī)律為：第27頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三在激光技術(shù)中，外腔式氣體激光器放電管的布儒斯待窗口，就是上述“片堆”的實(shí)際應(yīng)用。如圖所示，當(dāng)平行入射面振動(dòng)的光分量通過窗片時(shí)，沒有反射損失，因面這種光分量在激光器中可以起振，形成激光。而垂直紙面振動(dòng)的光分量通過窗片時(shí)，將產(chǎn)生高達(dá)15％的反射損耗，不可能形成激光。由于在激光產(chǎn)生的過程中，光在腔內(nèi)往返運(yùn)行，類似于光通過片堆的情況，所以輸出的激光將是在乎行于激光管軸和竊片法線組成的平面內(nèi)振動(dòng)的線偏振光。自然光反射率的變化規(guī)律為：第28頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三2）線偏振光反射的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)一束線偏振光入射至界面，由于垂直分量和平行分量的振幅反射系數(shù)不同，相對入射光而言，反射光的振動(dòng)而將發(fā)生旋轉(zhuǎn)。傳向播方面振動(dòng)第29頁，共30頁，2023年，2月20日，星期三例如，一束入射的線偏振光振動(dòng)方位角ai