第十二章光的偏振

第十二章光的偏振第1頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電磁波中起光作用的是電場(chǎng)矢量(光矢量)偏振：光矢量在平面內(nèi)振動(dòng)五種偏振態(tài)：自然光，線偏振光，部分偏振光，橢圓偏振光，圓偏振光偏振是橫波區(qū)別于縱波的標(biāo)志光的振動(dòng)面第2頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、偏振光和自然光1.線偏振光光矢量只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)的光(又稱平面偏振光)振動(dòng)面光矢量第3頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.自然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第4頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.部分偏振光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5頁(yè)，課件共41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)。4.圓偏振光和橢圓偏振光橢圓偏振光：矢量端點(diǎn)軌跡為橢圓圓偏振光：矢量端點(diǎn)軌跡為圓第6頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月偏振片

二、起偏與檢偏偏振片：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)的方向第7頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月檢偏：用偏振片檢驗(yàn)光線的偏振化程度起偏：自然光通過(guò)偏振片后變?yōu)榫€偏振光起偏檢偏第8頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月偏振化方向(透光方向)I?P待檢光思考：自然光

I不變線偏振光

I變，有消光部分偏振光

I變，無(wú)消光當(dāng)偏振片旋轉(zhuǎn)時(shí).第9頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、馬呂斯定律----馬呂斯定律第10頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(1)a=0或a=1800時(shí),I2=I1光強(qiáng)最強(qiáng)討論：(2)a=900或a=2700時(shí),I=0光強(qiáng)最弱問(wèn)題：之間插入另一偏振片，情況如何？第11頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例:兩平行放置的偏振片,偏振化方向成450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?(分別討論偏振化方向無(wú)吸收和有10%吸收的情況。)第12頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：偏振化方向無(wú)吸收時(shí),根據(jù)馬呂斯定律第13頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月偏振化方向有10%吸收時(shí)，第14頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例:自然光和線偏振光的混合光束，通過(guò)一偏振片時(shí)，隨著以光線方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)一周，透射光的強(qiáng)度跟著改變。如果最強(qiáng)和最弱的光強(qiáng)之比為6:1,求入射光中自然光和線偏振光的強(qiáng)度比。第15頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：設(shè)自然光和線偏振光的強(qiáng)度分別為I1和

I2,透射光的強(qiáng)度分別為I1'

和I2'

,對(duì)自然光，無(wú)論偏振片如何轉(zhuǎn)動(dòng)，有對(duì)線偏振光第16頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月最大強(qiáng)度，最小強(qiáng)度所以混合光束最大強(qiáng)度為最小強(qiáng)度為得自然光和線偏振光的強(qiáng)度比第17頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1、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)，折射光反之四、布儒斯特定律第18頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

1812年布儒斯特發(fā)現(xiàn)：布儒斯特角此時(shí)有由折射定律----布儒斯特定律某特定入射角時(shí)，反射光為振動(dòng)方向垂直于入射面的線偏振光2、布儒斯特定律第19頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例證明當(dāng)自然光入射到平面玻璃板上時(shí)，若在上表面的光為線偏振光，則經(jīng)折射后在下表面的反射光也是線偏振光。n1n2第20頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月說(shuō)明：(1)i=i0時(shí)，反射光為線偏振光，而折射光仍然是部分偏振光，但此時(shí)偏振化程度最高(2)反射光光強(qiáng)較弱，折射光較強(qiáng)(3)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第21頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例: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

第22頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)布儒斯特定律解：如圖所示第23頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

例：如圖，線偏振光入射到兩介質(zhì)分界面，i0為起偏振角。分別畫(huà)出反射光和入光射的振動(dòng)情況。第24頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解：反射光強(qiáng)度為零第25頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.雙折射現(xiàn)象雙折射雙折雙折方解石晶體o光e光五、光的雙折射第26頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月尋常光線（o光）(ordinaryrays)(extraordinrayrays)非常光線（e光）服從折射定律的光線不服從折射定律的光線......eo.......oeACDB第27頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月不服從折射定律指的是：1.折射光線一般不在入射面內(nèi)；

2.入射角的正弦與折射角正弦之比不是常量，即折射率和入射光線的方向有關(guān)。第28頁(yè)，課件共41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)。各向異性透明介質(zhì)，都會(huì)發(fā)生雙折射現(xiàn)象。第29頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

光軸：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單軸晶體：只有一個(gè)光軸(方解石、石英)雙軸晶體：有兩個(gè)光軸(云母、硫磺)2.描述晶體光學(xué)特性的物理量1020102078078010201020光軸第30頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

主截面：光軸和晶體表面法線組成的平面主平面：某一光線(o光或e光)與光軸組成的平面........光面主光面主平平光軸方向eo光e光o一般情況下，e光不一定在入射面內(nèi)，o光和e光的主平面并不重合第31頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)o光和e光均為線偏振光3.雙折射光的特點(diǎn)(2)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........光面主光面主平平光軸方向eo光e光o第32頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

(3)當(dāng)入射面是晶體的主截面時(shí),o光和e光的主平面重合(都在入射面內(nèi)），此時(shí)o光與e光的振動(dòng)方向相互垂直。光軸oe第33頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

4.雙折射現(xiàn)象的解釋原因：o光在晶體內(nèi)的速度各向同性，e光卻是各向異性o光：子波波面為球形面e光：子波波面為橢球面正晶體負(fù)晶體第34頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光軸光軸惠更斯原理對(duì)雙折射的解釋（設(shè)光軸在入射面內(nèi)）F第35頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光軸光軸兩光不分開(kāi)，但速度不同，光的傳播方向與光軸垂直.兩光不分開(kāi)，且速度相同，光的傳播方向?yàn)楣廨S方向.第36頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.尼科爾棱鏡加拿大樹(shù)膠方解石晶體第37頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月光軸n加=1.55n=e1.516n=1.6584on=e1.4864~1.6584o光發(fā)生全反射non加>φ=770>臨界角，且n加>ne因?yàn)閑光不會(huì)發(fā)生全反射所以第38頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月六、偏振光的應(yīng)用1.光彈性效應(yīng)在機(jī)械力作用下產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)表明：k：比例系數(shù)，p：壓強(qiáng)檢偏器起偏器第39頁(yè)，課件共41頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.克爾效應(yīng)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)表明：k：克爾系數(shù)，E：電強(qiáng)強(qiáng)度檢偏器起偏器克爾盒