第-九-章-物理光学3(偏振).ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,（一）、横波与偏振现象,一、自然光和偏振光,在垂直于光传播方向的平面内，光振动在某一方向的振幅显著较大，或只在某一方向上振动，叫光偏振。,电磁波是横波,电磁波的电场、磁场与传播方向三者相互垂直。,横波有偏振现象，而纵波无偏振问题。,偏振是,区别横波和纵波的标志。,2,各个方向,的光振动全有,各个振动,方向的强度相等,1,自然光,（,unpolarized light,）,普通光源发光,-,自然光,在人们观察的时间内 有,无穷次,的发光,在,垂直传播方向的平面内,（二）、光的偏振状态,3,在实际应用中将光矢量分解为,振幅相等的两个垂直分量,图示,各个方向振动全有,(a),自然光,(,b),自然光的分解,自然光及其分解,6,图示：,自然光,线偏振光：,部分偏振光：,7,4.,圆偏振光、椭圆偏振光,右旋圆,偏振光,右旋椭圆,偏振光,y,y,x,z,传播方向,/2,x,某时刻右旋圆偏振光,E,随,z,的变化,E,0,8,1.,微波偏振检验试验,二、由介质吸收引起的光的偏振,线栅由平行的金属线做成，线的间隔约,1cm,。入射无线电波波长约,3cm,9,偏振片,（,polarizing sheets,）,如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。,它有一个特定的方向，只让平行于该方向的振动通过，这一方向称为,偏振化振动方向,（,Polarizing direction,）,。,I,2,0,I,=,I,0,二、由介质吸收引起的光的偏振,10,unpolarized light,自然光,polarized,light,偏振光,Polarizing direction,偏振化方向,二、由介质吸收引起的光的偏振,11,形象说明偏振片的原理,通光方向,腰横别扁担进不了城门,12,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化,起偏、检偏,13,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化,14,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化,15,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化,16,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化,17,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化,18,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化,19,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强发生变化,两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零,起偏、检偏,20,马吕斯定律,I,0,I,P,P,E,0,E=E,0,cos,马吕斯定律,（,1809,）,消光,21,例：一束自然光，光强度为,I,0,，让其出射两个偏振,片，两个偏振片之间的夹角为,45,0,，求从第二,个偏振片出射的偏振光强度。,P,1,P,2,Example,：,A unpolarized light,intensity I,0,falls on,two polarizing sheets.The angle between two pola-,rizing sheets is 45,0,.Find the transmitted intensity I.,I,0,自然光,I,0,/2,I,22,P,1,P,2,solve,：,I,0,自然光,I,0,/2,23,例题,2,：入射光,I,0,为自然光，四片偏振片分别顺时针转,30,0,，求透射光强。,解：自然光经过第一偏振片后，光强为：,经过第二偏振片后，光强为：,经过第三偏振片后，光强为：,经过第四偏振片后，光强为：,透射光强是入射光强的,21%,。,24,1.,装置,入射光,出射光,观察出射光强的变化,该偏振片称,检偏器,偏振片,课堂思考：,偏振光的检验。如何用实验方法区分线偏振光、部分偏振光、自然光？,25,入射光,出射光,观察出射光强的变化,2.,检验,消光,不变,入射光,入射光,入射光,线偏振,自然光,部分偏振,光强变化,26,三、由反射引起的光的偏振,1),Polarization phenomenon of reflection and refraction,a,、反射光中垂直振动,强于平行的振动；,b,、折射光中平行的振,动强于垂直振动；,c,、反射光折射光偏振,化的程度随入射角,的不同而不同。,n,2,n,1,Polarization of reflection.,27,2),Brewsters law,布儒斯特定律（,1812,年）,当入射角 等于一特定角 时，使之满足：,时，反射光只有垂直于,入射面的振动而无平行于入射面的振动。,this particular angle,of incidence is called,the polarizing angle.,refracted light is still,partial polarized light.,n,2,n,1,note,：,28,At the polarizing angle,the,reflected and refracted,beams are at right angles.,Prove,证明：,From the law of reflection,：,Contrast(1)with(2):,（证毕！）,n,2,n,1,note,：,From Brewsters law,：,29,Solve:by using a stack,of glass plates,a stack of,glass,plates,玻璃片堆：,problems,问题：,The intensity of,reflected light is low.,2)refracted light is still,partial polarized light.,n,2,n,1,Polarization of light by a stack of glass plates.,30,31,偏振片的起偏,非偏振光,I,0,线偏振光,I,P,偏振化方向,(,透振方向,),偏振片起偏,反射起偏,（,布儒斯特定律,）,课堂思考：,如何从普通光源中取得线偏振光？,答：两个基本途径,反射起偏,32,例：偏光镜头 橱窗设计 立体电影,33,(a),：未使用偏振镜拍摄的植物,(b),：使用偏振镜拍摄的植物,34,(b),：使用偏振镜拍摄的水面,(a),：未使用偏振镜拍摄的水面,35,（,C,）,用偏光镜,消除,了反射偏振光 使玻璃门内的人物清晰可见,（,A,）,玻璃门,表面的,反光很强,（,B,）,用偏光镜,减弱,了反射偏振光,36,四、双折射现象,1.,一束入射光在各向异性介质中折射为两束光的现象称为,双折射现象,。,方解石,（,CaCO,3,）双折射现象,37,在双折射晶体内的两束折射光，一束遵循折射定律，称之为,寻常光,(Ordinary Light),，记为,o,光,，另一束不遵循折射定律，称之为,非常光,(Extraordinary Light),，记为,e,光,。,实验表明，,o,光和,e,光均为线偏振光,。,四、双折射现象,38,双折射晶体内有特殊方向，光沿此方向传播时不发生双折射现象，该方向称为晶体的,光轴,。,单轴晶体：方解石、石英、红宝石、冰。,双轴晶体：云母、蓝宝石、橄榄石、硫磺。,方解石晶体为平行六面体，其光轴是通过全由钝角,102,组成的两个顶点的体对角线的方向。,四、双折射现象,39,光线,主平面,(Principal Plane),：与光轴所确定的平面。,o,光的偏振方向垂直于,o,光的主平面，也垂直于光轴。,e,光的偏振方向平行于,e,光的主平面。,四、双折射现象,40,在晶体中，折射,o,光与入射光总在同一入射面内，则,o,光主平面与入射面总是重合的。而,e,光未必在入射面内，即,e,光主平面未必与入射面重合，这意味着,e,光与,o,光主平面不重合。,当光轴在入射面内，,o,光、,e,光主平面均与入射面重合，,o,光偏振方向垂直于入射面，,e,光偏振方向平行于入射面，,o,光与,e,光的偏振方向严格互相垂直。,四、双折射现象,41,双折射晶体的作用类似于两个透振方向互相垂直的起偏器。,自然光入射，光强为,I,，在晶体内部，,o,光和,e,光光强相等。,四、双折射现象,42,光在各项异性介质中传播时，产生双折射的根本原因是,o,光、,e,光在晶体中的折射率不同，或者说二者的传播速度不同。,在单轴晶体中，光的传播速度是和光振动方向与光轴的夹角有关的。,2.,惠更斯波面,四、双折射现象,43,o,光：振动方向总是与光轴垂直，其速度记为,v,o,，,则,v,o,大小与,o,光的传播方向无关，其波面为简单球面。,四、双折射现象,44,e,光：振动方向与含有光轴的,e,光主平面平行。当振动方向与光轴平行时，其速度记为,v,e,，,称为,e,光的主折射率。,当,e,光振动方向与光轴垂直时，其速度就是,v,o,。,其他情况下，速度介于,v,o,和,v,e,之间，所以,e,光波面是一个以通过点光源的光轴为转轴的旋转椭球面，在转轴方向与,o,光的球形波面相切。,四、双折射现象,45,正晶体：,v,o,v,e,即,n,o,n,e,如石英，椭球面在球形波面内。,负晶体：,v,o,v,e,即,n,o,n,e,如方解石，椭球面在球形波面外。,四、双折射现象,46,一些晶体在室温时的主折射率,(,589nm,),晶体材料,o,光主折射率,(,n,o,),e,光主折射率,(,n,e,),双折射率,(,n,e,-,n,o,),冰,1,3091,1,3104,0.0013,石英,1,5442,1,5534,0.0092,方解石,1,6584,1,4864,-0.1720,电气石,1,669,1,638,-0.031,四、双折射现象,47,3.,e,光在晶体内的传播方向，无法用折射定律来确定，可以根据惠更斯原理用复合波面的作图法来求得。,自然光入射到晶体上时，波阵面上的每一点都可以看作为子波源，向晶体内发出球面子波和椭球面子波。作所有各点所发子波的包络面，既得晶体中,o,光波面和,e,光波面，从入射点引向相应子波波面与光波面的切点的连线方向就是所求晶体中,o,光、,e,光的传播方向。,四、双折射现象,48,光轴平行于晶体表面并平行于入射面,以下几种情况，均是以负晶体,(,如方解石,),为例。,o,e,光在方向上虽没分开，但速度上是分开的，仍是两束光。,还是,有双折射。,四、双折射现象,49,光轴平行于晶体表面和入射面,四、双折射现象,50,光轴平行于晶体表面但垂直于入射面,晶体,光轴,i,r,o,r,e,o,v,o,t,v,e,t,e,o,e,c,t,除,o,光外，,e,光也满足折射定律，即,四、双折射现象,51,光轴垂直于晶体表面,此时,o,光、,e,光传播方向都一样，看不到双折射现象。,四、双折射现象,52,4,.,晶体的二向色性,某些晶体对,o,光和,e,光的吸收有很大差异，这叫晶体的,二向色性,。,光轴,e,光,电气石,光轴,电气石对,o,光有强烈吸收，对,e,光吸收很弱，用它可产生线偏振光。,四、双折射现象,53,5.,格兰汤姆孙棱镜,利用二向色性获得的偏振光不够纯，强度也不大。,偏振棱镜,可得高质量的线偏振光。,光轴,光轴,方解石,方解石,加拿大树胶,(,n,=1.55),o,e,吸收涂层,i,光轴的取向使,o,光、,e,光对应的恰是,n,o,、,n,e,。,n,o,(1.6584),n,(1.55),n,e,(1.4864),四、双折射现象,54,光在第一个棱镜中是,o,光，在交界面,全反射。,光轴,光轴,方解石,方解石,加拿大树胶,(,n,=1.55),o,e,吸收涂层,i,n,o,(1.6584),n,(1.55),n,e,(1.4864),光在第一个棱镜中是,e,光，第二个棱,镜的作用是使,e,光不偏离入射方向。,四、双折射现象,55,