波動(dòng)光學(xué)：光的偏振

關(guān)于波動(dòng)光學(xué)：光的偏振第1頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光是電磁波，起視覺(jué)效應(yīng)的是電場(chǎng)矢量(光矢量)偏振態(tài):光矢量的振動(dòng)狀態(tài)五種偏振態(tài)：自然光，線偏振光,部分偏振光,橢圓偏振光,圓偏振光§7-1自然光和偏振光

在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，沿各個(gè)方向都有光振動(dòng)，且各個(gè)方向光矢量的振幅相等的光1.自然光（NaturalLight）第2頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.線偏振光（LinearlyPolarizedLight）光矢量只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)的光(又稱平面偏振光)第3頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月振動(dòng)面光矢量3.部分偏振光（PartiallyPolarizedLight）在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，各方向都有光振動(dòng)，但振幅不等的光第4頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光矢量以一定的頻率旋轉(zhuǎn)。矢量端點(diǎn)軌跡為橢圓時(shí)稱其為橢圓偏振光，軌跡為圓時(shí)稱其為圓偏振光4.圓偏振光和橢圓偏振光第5頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月偏振片

§7-2起偏與檢偏馬呂斯定律

偏振片（Polaroid）：吸收某方向光振動(dòng)，而與其垂直方向的光振動(dòng)能通過(guò)的裝置偏振化方向偏振化方向：能通過(guò)光振動(dòng)的方向一.起偏與檢偏第6頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月★利用偏振片檢驗(yàn)光線的偏振化程度，稱為檢偏★自然光通過(guò)偏振片后變?yōu)榫€偏振光，稱為起偏起偏檢偏第7頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.馬呂斯定律（Maluslaw）

----馬呂斯定律第8頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

▲=0或

=1800時(shí),I2=I1光強(qiáng)最強(qiáng)討論：▲

=900或

=2700時(shí),I=0光強(qiáng)最弱第9頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[例1]兩平行放置的偏振片,偏振化方向成300角,自然光垂直入射后,透射光與入射光的強(qiáng)度之比為多少?(分別討論無(wú)吸收和10%的吸收的情況)解：無(wú)吸收時(shí)根據(jù)馬呂斯定律第10頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10%吸收時(shí)第11頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[例2]如圖,偏振片P1、P2，現(xiàn)以I1的自然光和I2的線偏振光同時(shí)垂直入射于P1，在E處觀察通過(guò)P1和P2后的光強(qiáng)。(1)P1任意放置,將P2以光線方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)一周,計(jì)算并討論這時(shí)在E處所觀察到的光強(qiáng)變化情況；(2)要在E處得到最大光強(qiáng),應(yīng)如何實(shí)現(xiàn)?解：設(shè)P1、P2的偏振化方向夾角為入射線偏振光振動(dòng)方向與P1的偏振化方向夾角為第12頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月線偏振光：因I1〞和I2〞是非相干光即在E處觀察到的光強(qiáng)隨P2的轉(zhuǎn)動(dòng)而周期性變化對(duì)自然光：第13頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在E處得到最大光強(qiáng)，須同時(shí)滿足則時(shí)時(shí)第14頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§7-3反射和折射時(shí)光的偏振一.部分偏振現(xiàn)象自然光在兩各向同性媒介分界面上反射和折射時(shí)，反、折射光均成為部分偏振光特點(diǎn)：反射光垂直入射面的振動(dòng)較強(qiáng)，折射光反之第15頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.布儒斯特定律布儒斯特角由折射定律◆1812年布儒斯特發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射角為某特定值時(shí)（

），反射光為振動(dòng)方向垂直于入射面的線偏振光---布儒斯特定律第16頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月說(shuō)明：★讓自然光通過(guò)玻璃片堆，可使折射光的偏振化程度增加。玻璃片足夠多時(shí)，可使折射光為完全偏振光★反射光光強(qiáng)較弱，折射光較強(qiáng)(它包含了全部的平行分量和大部分的垂直分量)★i=i0=tg-1n21時(shí)，反射光為線偏振光，而折射光仍然是部分偏振光,反射光與折射光垂直。第17頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月布儒斯特窗：第18頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[例3]將一介質(zhì)平板放在水中,板面與水平面的夾角為，如圖。已知折射率n水=1.333，n介質(zhì)=1.681，要使水面和介質(zhì)面反射光均為線偏振光,求解：如圖所示根據(jù)布儒斯特定律第19頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月又第20頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1669年，巴托里奴斯（Bartholinus）發(fā)現(xiàn)：通過(guò)方解石（冰洲石，即CaCO3）觀察物體時(shí)，物體的像是雙重的。各向異性媒質(zhì)（如方解石，石英等）時(shí)，將產(chǎn)生特殊的折射現(xiàn)象。各向同性媒質(zhì)（如空氣，水，玻璃等）中遵從折射定律。一.雙折射現(xiàn)象（DoubleRefraction）

雙折射雙折雙折方解石晶體尋常光(o光ordinary)：遵守折射定律非常光(e光extraordinary)：不遵守折射定律§7-4光的雙折射現(xiàn)象第21頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月★當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)第22頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二.雙折射光的偏振特點(diǎn)1.概念★只有一個(gè)光軸(如方解石、石英)的晶體為單軸晶體；有兩個(gè)光軸(如云母、硫磺)的晶體為雙軸晶體★光軸(OpticalAxis)

：光線在晶體中沿某一方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這一方向稱為晶體的光軸102°AD78°102°102°102°78°如：天然方解石晶體第23頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

★主平面（principalplane）：e光光軸o光光軸··o光的主平面e光的主平面晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。說(shuō)明(1)光軸在入射面時(shí)，o光主平面和e光主平面重合。(2)一般情況兩個(gè)主平面并不重合。(3)o光和e光的光矢量方向相互垂直。第24頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光軸法線o光e光e光不一定在入射面內(nèi)，o光和e光的主平面并不重合2.特點(diǎn)★o光和e光均為線偏振光★

o光的振動(dòng)方向垂直于它自己的主平面，e光的振動(dòng)方向平行于它自己的主平面第25頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月o光光軸★光軸位于入射面內(nèi),o光和e光主平面重合(一般夾角很小)，此時(shí)o光與e光的振動(dòng)方向相互垂直光軸e光光軸第26頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三.雙折射現(xiàn)象的解釋原因:o光在晶體內(nèi)的速度是各向同性的,而e光卻是各向異性的o光：子波波面為球面.e光：子波波面為橢球面第27頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月正晶體(positivecrystal)

負(fù)晶體(negativecrystal)

兩光線只有在光軸方向速度相等，故兩球面在光軸處相切。第28頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光軸光軸惠更斯原理解釋（光軸在入射面內(nèi)）斜射至晶體表面的平面波（光軸與表面斜交）平面波⊥入射（光軸與表面斜交）第29頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光軸光軸平面波⊥入射，而光軸與晶體表面平行平面波⊥入射，而光軸與晶體表面垂直第30頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月加拿大樹(shù)膠四.尼科爾棱鏡方解石晶體第31頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光軸對(duì)e光，疏密對(duì)o光，密疏全反射線偏振光第32頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月oeⅠⅡⅠⅡe光o光o光e光五、渥拉斯頓棱鏡出射的是兩束分得很開(kāi)的振動(dòng)方向相互垂直的線偏振光第33頁(yè)，課件共38頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、晶體的二向色性二向色性：某些晶體對(duì)振動(dòng)垂直的o光和e光有不同