光的偏振和晶體的雙折射課件

第3章光的偏振光的偏振態(tài)菲涅耳公式反射折射引起的偏振態(tài)改變第3章光的偏振光的偏振態(tài)13.1光的偏振特性橫波具有偏振特性偏振：振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性非偏振的偏振的3.1光的偏振特性橫波具有偏振特性非偏振的偏振的2散射體2偏振的發(fā)現(xiàn)通過(guò)二向色性晶體的光雙散射的光電氣石晶體NaR3Al6[Si6O18][BO3]3(OH,F)4

散射體1入射光散射光測(cè)不到光強(qiáng)測(cè)不到光強(qiáng)散射體2偏振的發(fā)現(xiàn)通過(guò)二向色性晶體的光電氣石晶體NaR3Al3偏振器金質(zhì)線柵人造偏振片d~10-4mm聚乙烯醇薄膜浸碘拉直的分子鏈導(dǎo)電EdwinHerbertLand，1909~1991偏振器金質(zhì)線柵d~10-4mm聚乙烯醇薄膜浸碘拉直的分子鏈導(dǎo)4起偏與檢偏起偏：使沒(méi)有偏振特性的光變?yōu)槠窆鈾z偏：檢驗(yàn)光的偏振特點(diǎn)，觀察光強(qiáng)變化起偏器檢偏器透振方向（透光軸）起偏與檢偏起偏：使沒(méi)有偏振特性的光變?yōu)槠窆馄鹌鳈z偏器透振53.2光的偏振態(tài)普通光源發(fā)出非偏振光大量原子躍遷發(fā)光：固體材料中原子的體積密度~1020/cm3是自發(fā)輻射過(guò)程發(fā)光原子間無(wú)關(guān)聯(lián)稱為自然光相位、光矢量方向任意E2E1hν=ΔEΔE3.2光的偏振態(tài)普通光源發(fā)出非偏振光E2E1hν=ΔEΔ6自然光經(jīng)起偏器，變?yōu)槠窆庑D(zhuǎn)起偏器，出射光強(qiáng)不變，強(qiáng)度變?yōu)?/2振幅的角度分布密度自然光經(jīng)起偏器，變?yōu)槠窆庹穹慕嵌?平面偏振光（線偏振光）光矢量只在一個(gè)固定的平面內(nèi)振動(dòng)可分解為兩列正交平面偏振光平面偏振光（線偏振光）光矢量只在一個(gè)固定的平面內(nèi)振動(dòng)8同相反相總是在一個(gè)固定點(diǎn)觀察，可略去空間相位同相反相總是在一個(gè)固定點(diǎn)觀察，可略去空間相位9馬呂斯定律馬呂斯定律10部分偏振光介于自然光和平面偏振光之間偏振度可看作是自然光和平面偏振光的疊加部分偏振光介于自然光和平面偏振光之間偏振度可看作是自然光和平11圓偏振光在一個(gè)垂直于波矢的固定平面內(nèi)，光矢量旋轉(zhuǎn)，大小不變，端點(diǎn)軌跡是圓圓偏振光在一個(gè)垂直于波矢的固定平面內(nèi)，光矢量旋轉(zhuǎn)，大小不變，12圓偏光的物理圖象某一光矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡不是螺旋線在某一時(shí)刻，所有光矢量的端點(diǎn)是螺旋線圓偏光的物理圖象某一光矢量端點(diǎn)隨時(shí)間變化的軌跡不是螺旋線13圓偏光可看作是兩相位差為的π/2的正交分量的疊加左旋圓偏光可看作是兩相位差為的π/2的正交分量的疊加左旋14橢圓偏振光在一個(gè)垂直于波矢的固定平面內(nèi)，光矢量旋轉(zhuǎn)，大小作周期性改變，端點(diǎn)軌跡是橢圓橢圓偏振光在一個(gè)垂直于波矢的固定平面內(nèi)，光矢量旋轉(zhuǎn)，大小作周15右旋右旋16左旋左旋17

橢圓的取向只取決于相位差切點(diǎn)在第IV象限切點(diǎn)在第IV象限切點(diǎn)在第II象限切點(diǎn)在第II象限長(zhǎng)軸總是在II、IV象限與Ax、Ay的相對(duì)大小無(wú)關(guān)橢圓的取18光的偏振和晶體的雙折射課件19一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)20菲涅耳公式光波在均勻介質(zhì)中傳播，形成電磁場(chǎng)的分布光波在介質(zhì)的分界面處，由于其中有電荷，會(huì)改變電磁場(chǎng)的分布，從而引起光波傳播的改變可以用電磁學(xué)定律（Maxwell方程組）解出電磁場(chǎng)的分布情況，進(jìn)而確定光波傳播的情況菲涅耳公式光波在均勻介質(zhì)中傳播，形成電磁場(chǎng)的分布21電磁場(chǎng)的邊界條件在介質(zhì)的分界面兩側(cè)電磁場(chǎng)各物理量必須滿足的條件，由麥克斯韋方程得到電磁場(chǎng)法向的邊界條件電磁場(chǎng)切向的邊界條件電磁場(chǎng)的邊界條件在介質(zhì)的分界面兩側(cè)電磁場(chǎng)各物理量必須滿足的條22光波反射折射的電磁理論邊界處沒(méi)有自由電荷與傳導(dǎo)電流光波電場(chǎng)分量、磁場(chǎng)分量、波矢間的關(guān)系光在不同介質(zhì)中的速度光波反射折射的電磁理論邊界處沒(méi)有自由電荷與傳導(dǎo)電流23反射定律與折射定律根據(jù)邊界條件，可以得到于是有進(jìn)一步可得到反射定律折射定律反射定律與折射定律根據(jù)邊界條件，可以得到于是有進(jìn)一步可得到反24光矢量的正交分解P、S、k構(gòu)成右手系以此確定各分量的正負(fù)P分量平行于入射面S分量垂直于入射面光矢量的正交分解P、S、k構(gòu)成右手系P分量平行于入射面25菲涅耳公式（電場(chǎng)強(qiáng)度）折射光

反射光菲涅耳公式（電場(chǎng)強(qiáng)度）折射光反射光26光的偏振和晶體的雙折射課件27光的偏振和晶體的雙折射課件28菲涅耳公式的物理意義菲涅耳公式反映的是在反射、折射瞬間，反射光、折射光的電場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系公式中是電場(chǎng)分量，即電矢量、或光矢量的比值，不是振幅的比值由于光矢量與復(fù)振幅間的關(guān)系為E(P,t)=?(P)e－iωt，定態(tài)光波e－iωt相同所以，菲涅耳公式也反映了分界面處復(fù)振幅的比值，是復(fù)振幅的反射率、透射率菲涅耳公式的物理意義菲涅耳公式反映的是在反射、折射瞬間，反射29復(fù)振幅的反射率、透射率既反映了振幅間的關(guān)系，同時(shí)也反映了相位間的關(guān)系可能出現(xiàn)負(fù)值復(fù)振幅的反射率、透射率既反映了振幅間的關(guān)系，同時(shí)也反映了相位30光強(qiáng)的反射率和透射率可以從菲涅耳公式得到光強(qiáng)的反射率和透射率光強(qiáng)的反射率和透射率可以從菲涅耳公式得到光強(qiáng)的反射率和透射率31能流反射率、透射率能流是光功率，等于光強(qiáng)×光束截面反射光束截面不變，所以能流反射率等于光強(qiáng)反射率但折射光束截面改變，能流透射率不等于光強(qiáng)透射率能流反射率、透射率能流是光功率，等于光強(qiáng)×光束截面但折射光32反射后光束截面不變折射后光束截面改變反射后光束截面不變折射后光束截面改變33反射率、透射率與入射角的關(guān)系復(fù)振幅光強(qiáng)能流空氣射向玻璃反射率、透射率與入射角的關(guān)系復(fù)振幅光強(qiáng)能流空氣射向玻璃34玻璃射向空氣復(fù)振幅光強(qiáng)能流玻璃射向空氣復(fù)振幅光強(qiáng)能流35相位關(guān)系如果將公式中的振動(dòng)量作為復(fù)振幅處理，則反射率、透射率即為兩個(gè)復(fù)數(shù)的比值，其幅角便是相應(yīng)兩列波的相位差。無(wú)論何種情況，透射率總是正實(shí)數(shù)，其幅角為0。說(shuō)明折射時(shí)沒(méi)有出現(xiàn)相位的突變。相位關(guān)系如果將公式中的振動(dòng)量作為復(fù)振幅處理，則反射率、透射率36臨界角但反射率較為復(fù)雜臨界角但反射率較為復(fù)雜370ππππ0000~π0~π反射光的相位關(guān)系0ππππ0000~π0~π反射光的相位關(guān)系38垂直入射Eye 從光疏到光密，反射引起π的相位突變，相當(dāng)于產(chǎn)生了λ/2的附加光程差，稱為半波損失。光密到光疏，沒(méi)有半波損失垂直入射Eye 從光疏到光密，反射引起π的相位突變，相當(dāng)于產(chǎn)39掠入射Eye 反射光有半波損失。 如果從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，入射角大于全反射臨界角，情況復(fù)雜。掠入射Eye 反射光有半波損失。 如果從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，40只有第一列反射光產(chǎn)生了半波損失透射光都不需要考慮半波損失只有第一列反射光產(chǎn)生了半波損失透射光都不需要考慮半波損失41Stocks倒逆關(guān)系

入射波振幅為A。r，r′，t，t′：界面對(duì)復(fù)振幅的反射率和透射率。光路可逆原理。Stocks倒逆關(guān)系Stocks倒逆關(guān)系入射波振幅為A。光路可逆原理。Sto42獲得平面偏振光的方法由自然光得到平面偏振光1．利用偏振片，偏振度<12．利用菲涅耳公式，由反射和折射產(chǎn)生獲得平面偏振光的方法由自然光得到平面偏振光43反射光中只有S分量，為線偏光。布儒斯特角iB

透射光為部分偏振光，其中S分量較弱。利用菲涅耳公式布儒斯特角定律反射光中只有S分量，為線偏光。布儒斯特角iB透射光為部分44以布儒斯特角射向玻璃平板透射光中沒(méi)有S分量透射光中P