波動光學(xué)-偏振

波動光學(xué)-偏振第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月線偏振光的表示法：·····光振動垂直板面光振動平行板面二.自然光沒有優(yōu)勢方向自然光的分解一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。自然光的表示法：···第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.部分偏振光部分偏振光的分解

部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：······平行板面的光振動較強(qiáng)垂直板面的光振動較強(qiáng)··第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月右旋圓偏振光右旋橢圓偏振光

y

yx

z傳播方向

/2x某時刻右旋圓偏振光E隨z的變化E

0四.圓偏振光,橢圓偏振光第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月五.偏振度Ip—部分偏振光中包含的完全偏振光的強(qiáng)度It

—部分偏振光的總強(qiáng)度In

—部分偏振光中包含的自然光的強(qiáng)度完全偏振光(線、圓、橢圓)P=1自然光(非偏振光)P=0部分偏振光0<P<1偏振度的另一種表示：第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§2偏振片的起偏和檢偏，馬呂斯定律一.起偏起偏的原理：利用某種光學(xué)的不對稱性偏振片微晶型分子型x

yzz線柵起偏器入射電磁波起偏：從自然光獲得偏振光起偏器:起偏的光學(xué)器件·非偏振光線偏振光光軸電氣石晶片··第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月非偏振光I0線偏振光IP偏振化方向(透振方向)二.馬呂斯定律

I0IPPE0

E=E0cos

偏振片的起偏

馬呂斯定律（1809）——消光···第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.檢偏用偏振器件分析、檢驗光的偏振態(tài)I?P待檢光思考：

I不變

？是什么光

I變，有消光

？是什么光

I變，無消光

？是什么光第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§3反射和折射光的偏振*散射光的偏振一.反射和折射時光的偏振i=i0時，反射光只有S分量i0

—布儒斯特角或

起偏角i0

+r0=90O由

有—布儒斯特定律(1812年)·······n1n2iir·自然光反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光·····n1n2i0i0r0線偏振光··S起偏振角···第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月若n1

=1.00(空氣)，n2=1.50(玻璃)，則：二.玻璃片堆起偏和檢偏

1.起偏當(dāng)i=i0時自然光從空氣→玻璃············i0(接近線偏振光)··················2.檢偏...玻璃片堆第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月*三.散射光的偏振1.散射光的產(chǎn)生

pI(

)

振蕩電偶極子電磁輻射強(qiáng)度的角分布2.散射光的偏振zx

py入射自然光

B散射光(部分偏振光)散射光

(線偏振光)散射光

(自然光)第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§4光在晶體中的傳播,雙折射···

方解石oee

o一.雙折射的概念1.雙折射n1n2irore(各向異性媒質(zhì))自然光o光e光2.尋常光和非尋常光o光:遵從折射定律e光:一般不遵從折射定律e光折射線也不一定在入射面內(nèi)?！ぁぁさ?2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.晶體的光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。例如，方解石晶體(冰洲石)AB光軸102°

光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個光軸的晶體雙軸晶體：有兩個光軸的晶體第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.主平面和主截面主平面：晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面····主截面：晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。二.晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體光矢量振動方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同。第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月························vo

t光軸光軸ve

tvo

to光:e光:

n0，ne稱為晶體的主折射率正晶體:ne>no負(fù)晶體:ne<no子波源vo

tve

t光軸vo

tve

t光軸

正晶體

(vo>ve)

負(fù)晶體(vo<ve)

子波源(

e<o)(

e>o)第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法(

e>o)1.光軸平行晶體表面，自然光垂直入射····

eoeo光軸晶體····

o,e在方向上雖沒分開，但速度上是分開的。2.光軸平行晶體表面，且垂直入射面，自然光斜入射····晶體

光軸ir0reo

········

oΔt

eΔteo

ecΔt第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射······o

e晶體光軸····

e方解石光軸······o

eo此時e光的波面不再與其波射線垂直了第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§5晶體光學(xué)器件一.晶體起偏器件

1.晶體的二向色性、晶體偏振器某些晶體對o光和e光的吸收有很大差異，這叫晶體的二向色性電氣石····光軸e光電氣石光軸可產(chǎn)生線偏振光第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.偏振棱鏡偏光鏡:格蘭─湯姆孫棱鏡偏光分束鏡:沃拉斯頓棱鏡············

光軸光軸方解石方解石加拿大樹膠

(n=1.55)oe吸收涂層i光軸的取向使o光、e光對應(yīng)的恰是no、ne

。no(1.6584)＞n(1.55)＞ne(1.4864)·12方解石方解石·······oe光軸光軸·方解石n0＞ne第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二.晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏1.晶片─相位延遲片晶片是光軸平行表面的晶體薄片。ydxAAoAe

線偏振光光軸λ

通過厚為d的晶片，o、e光產(chǎn)生相位差：AAoAe

光軸P

振幅關(guān)系第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動方向相互垂直、頻率相等、相位差

的線偏振光，它們合成為一束橢圓偏振光。時為圓偏振光

2.波（晶）片

(1)四分之一波片——線偏振光→圓偏振光——線偏振光→線偏振光從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月——線偏振光→橢圓偏振光(2)二分之一波片使線偏振光振動面轉(zhuǎn)過2

角度

A0入A0出A入A出Ae入=Ae出入光軸(3)全波片三.橢圓與圓偏振光的檢偏用四分之一波片和偏振片P可區(qū)分出自然光和圓偏振光或部分偏振光和橢圓偏振光第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月四分之一波片圓偏振光自然光自然光線偏振光偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光

I不變線偏振光I變,有消光以入射光方向為軸四分之一波片橢圓偏振光部分偏振光線偏振光偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光I變,有消光部分偏振光光軸平行最大光強(qiáng)或最小光強(qiáng)方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置線偏振光I變,無消光第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§6偏振光的干涉一.偏振光干涉裝置d晶片C

偏振片P2偏振化方向單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向二.偏振光干涉的分析1.振幅關(guān)系P2P1CA1AeAoA2oA2e

在P2

后，兩束光振動方向平行，振幅為：第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月通過晶體C后此兩束光合成為一束橢圓偏振光通過P2

后（若P1、P2夾角小于

，則無附加相差

）2.相位關(guān)系—相長干涉第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月—相消干涉若單色光入射，且d不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋。三.色偏振白光入射，晶片d均勻屏上由于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色這叫（顯）色偏振。若d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。如紅色相消→綠色；藍(lán)色相消→黃色，第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§7人工雙折射人為地造成各向異性，而產(chǎn)生雙折射。一.光彈效應(yīng)(應(yīng)力雙折射效應(yīng))P1P2

··dFSF干涉有機(jī)玻璃C應(yīng)力→各向異性→

各向不同→n各向不同在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月各處不同→各處不同→出現(xiàn)干涉條紋變→變→干涉情況變。二.電光效應(yīng)電光效應(yīng)也叫電致雙折射效應(yīng)1.克爾效應(yīng)(1875年)l+-45

45

P1P2克爾盒d第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月不加電場→液體各向同性→P2不透光加電場→液體呈單軸晶體性質(zhì)，——二次電光效應(yīng)

E—電場強(qiáng)度，k

—克爾常數(shù)克爾效應(yīng)引起的相位差為：克爾盒相當(dāng)于半波片，P2透光最強(qiáng)。時，光軸平行

P2透光第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.泡克爾斯效應(yīng)(1893年)電光晶體+。。-P1P2KK

泡克爾斯盒··硝基苯，若l=3cm,d=0.8cm,λ=600nm的黃光，則產(chǎn)生

k=

時的電壓。克爾盒的應(yīng)用:...克爾盒的缺點:...第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月不加電場→P2

不透光加電場→晶體變雙軸晶體→原光軸方泡克爾斯效應(yīng)引起的相位差——線性電光效應(yīng)no—o光在晶體中的折射率；V

—電壓；r

—電光常數(shù)。應(yīng)用:三.磁致雙折射科頓—穆頓效應(yīng)向附加了雙折射效應(yīng)→P2

透光。第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§8旋光現(xiàn)象一.物質(zhì)的旋光性使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)

旋光物質(zhì)a—旋光率二.菲涅耳的解釋線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的左(L)、右(R

)旋圓偏振光的合成。旋轉(zhuǎn)的角度：

d第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月EELER·o

光通過旋光物質(zhì)后，初相要滯后ELERE(a)(b)ELERE

R

L

同一時刻(a)(b)

d設(shè)入射時L、R初相為0，旋光物質(zhì)長d第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月在出射面上:由圖示，有：令——旋光率則第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.量糖術(shù)對溶液有──溶液的旋光率c──溶液的濃度──溶液的比旋光率“量糖計”四.磁致旋光