光的偏振課件

1、光的偏振PPT課件1振動面：振動面：振動方向與振動方向與波的傳播方向構(gòu)成的平面。波的傳播方向構(gòu)成的平面。偏振偏振: : 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)在垂直于傳播方向的平面內(nèi), ,振動方向的不對振動方向的不對稱性。稱性。光矢量光矢量振動面振動面v0HE光的偏振PPT課件21 1、自然光、自然光 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各方向振動的光在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各方向振動的光矢量的分布各向均勻，振幅相等，稱為矢量的分布各向均勻，振幅相等，稱為自然光自然光。EvvEyEx各方向的光振動之間無固定的相位關(guān)系。各方向的光振動之間無固定的相位關(guān)系。面對光的傳播方向觀察面對光的傳播方向觀察自然光的表示法自然

2、光的表示法 一束自然光可分解為兩束一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、振動方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。不相干的線偏振光。yxEE yxIII 光的偏振PPT課件3E播播傳傳方方向向振振動動面面 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)在垂直于傳播方向的平面內(nèi),光矢量始終沿某個光矢量始終沿某個確定的方向振動確定的方向振動.面對光的傳播方向觀察面對光的傳播方向觀察( (光振動平行板面光振動平行板面) )(光振動垂直板面光振動垂直板面)線偏振光的表示法線偏振光的表示法. . 光的偏振PPT課件4部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光 部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂部分

3、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。直的、不等幅的、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法： 平行板面的光振動較強(qiáng)平行板面的光振動較強(qiáng)垂直板面的光振動較強(qiáng)垂直板面的光振動較強(qiáng) 可看作完全偏振光與自可看作完全偏振光與自然光的混合然光的混合. . 在兩個相互垂直的方向在兩個相互垂直的方向上振幅具有最大值和最小值上振幅具有最大值和最小值( (不消光不消光).).光的偏振PPT課件5垂直于光傳播方向的任一截面內(nèi)，光振動矢量為垂直于光傳播方向的任一截面內(nèi)，光振動矢量為一旋轉(zhuǎn)矢量，端點運動軌跡是一個圓。一旋轉(zhuǎn)矢量，端點運動軌跡是一個圓。橫截面橫截面?zhèn)鞑シ较騻?/p>

4、播方向光的偏振PPT課件6橢圓偏振光由兩束同向傳播、振動方向相互垂直、橢圓偏振光由兩束同向傳播、振動方向相互垂直、振幅不等、具有恒定為項關(guān)系的線偏振光合成，根振幅不等、具有恒定為項關(guān)系的線偏振光合成，根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，可左旋和右旋。據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，可左旋和右旋。端點運動軌跡是一個端點運動軌跡是一個橢圓。橢圓。橫截面橫截面?zhèn)鞑シ较騻鞑シ较蚬獾钠馪PT課件7右旋圓右旋圓偏振光偏振光右旋橢圓右旋橢圓偏振光偏振光 y yx z傳播方向傳播方向 /2x某時刻右旋圓偏振光某時刻右旋圓偏振光E隨隨z的變化的變化E 0光的偏振PPT課件8 起偏的原理：某些材料在光學(xué)性質(zhì)上的各向異起偏的原理：某些材料在光學(xué)性質(zhì)上的各

5、向異性性, ,利用介質(zhì)吸收引起光的偏振利用介質(zhì)吸收引起光的偏振。 起偏：從自然光獲得偏振光起偏：從自然光獲得偏振光。 起偏器起偏器: : 起偏的光學(xué)器件。起偏的光學(xué)器件。l二向色性：某些晶體對振動垂直的二向色性：某些晶體對振動垂直的 兩個分振動有不同兩個分振動有不同 吸收的性質(zhì)。吸收的性質(zhì)。l利用晶體的二向色性可以從自然光中獲得線偏振光。利用晶體的二向色性可以從自然光中獲得線偏振光。l利用晶體的這種性質(zhì)利用晶體的這種性質(zhì)（二向色性）（二向色性）可以制作可以制作偏振片偏振片。光的偏振PPT課件9021II 偏振片的起偏偏振片的起偏自然光自然光I I0 0線偏振光線偏振光 I IP偏振化方向偏振化

6、方向 ( (透振方向透振方向) ) 檢偏：用偏振器件分析、檢驗光的偏振態(tài)檢偏：用偏振器件分析、檢驗光的偏振態(tài) 光的偏振PPT課件10. .起偏和檢偏起偏和檢偏自然光自然光I0線偏振光線偏振光I偏振化方向偏振化方向021II ?I 線偏振光線偏振光I起偏器起偏器檢偏器檢偏器最亮最亮自然光自然光I0線偏振光線偏振光I021II 021II 自然光自然光I0線偏振光線偏振光I021II 0I 最暗最暗光的偏振PPT課件11四、偏振片的應(yīng)用四、偏振片的應(yīng)用 汽車夜間行車時為避免對方汽車燈光晃眼以保證汽車夜間行車時為避免對方汽車燈光晃眼以保證行駛安全，可以在所有汽車的車窗玻璃和車燈前裝上行駛安全，可以在

7、所有汽車的車窗玻璃和車燈前裝上與水平方向成與水平方向成角，而且向同一方向傾斜的偏振角，而且向同一方向傾斜的偏振片。片。 偏振片可用于制成太陽鏡和照相偏振片可用于制成太陽鏡和照相機(jī)的濾光鏡。觀看立體電影的眼鏡片機(jī)的濾光鏡。觀看立體電影的眼鏡片是由兩個偏振化方向互相垂直的偏振是由兩個偏振化方向互相垂直的偏振片組成。片組成。光的偏振PPT課件12關(guān)于偏振光關(guān)于偏振光通過檢偏器后通過檢偏器后強(qiáng)度變化的定量規(guī)律。強(qiáng)度變化的定量規(guī)律。cos001EE0E01E02E偏振化方向偏振化方向0max0III ，0232I， 消光消光(1) 當(dāng)當(dāng)r討論討論(2) 當(dāng)當(dāng)P I0I, 2 0 0EI 2 2 0 2

8、cos EEI 20cosII光的偏振PPT課件13例例1:1: 已知自然光通過兩已知自然光通過兩個偏振化方向相交個偏振化方向相交6060的偏振片，透射光強(qiáng)為的偏振片，透射光強(qiáng)為I I1 1，今在這兩偏振片間，今在這兩偏振片間再插入一與前兩個偏振再插入一與前兩個偏振化方向均夾化方向均夾3030角的偏角的偏振片，則透射光強(qiáng)為多振片，則透射光強(qiáng)為多少？少？解：解：IIII4160coscos22114II oI2oII 1I1212330cos430cosIIII 43330cos12 III149IoII I I 光的偏振PPT課件14例例2： 一束光由自然光和線偏振光混合組成，當(dāng)它通過一束光由

9、自然光和線偏振光混合組成，當(dāng)它通過一偏振片時，發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨偏振片的轉(zhuǎn)動可以變一偏振片時，發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨偏振片的轉(zhuǎn)動可以變化到五倍。求入射光中自然光和線偏振光的強(qiáng)度各占入化到五倍。求入射光中自然光和線偏振光的強(qiáng)度各占入射光強(qiáng)度的幾分之幾？射光強(qiáng)度的幾分之幾？解：解： 設(shè)入射光強(qiáng)度設(shè)入射光強(qiáng)度I0 = I10(自然光強(qiáng)度自然光強(qiáng)度)+I20(線偏振光強(qiáng)度線偏振光強(qiáng)度 )通過偏振片后：通過偏振片后： 220101cos21III ;212010maxIII 10min21II minmax5II 10202II 3110 oII3220 oII光的偏振PPT課件15例例3 3 用兩偏振片平

10、行放置作為起偏器和檢偏器。在用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。在它們的偏振化方向成它們的偏振化方向成300角時，觀測一光源，又在成角時，觀測一光源，又在成600角時，觀察同一位置處的另一光源，兩次所得的角時，觀察同一位置處的另一光源，兩次所得的強(qiáng)度相等。求兩光源照到起偏器上光強(qiáng)之比。強(qiáng)度相等。求兩光源照到起偏器上光強(qiáng)之比。解：解：令令I(lǐng)1和和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強(qiáng)。透分別為兩光源照到起偏器上的光強(qiáng)。透過起偏器后，光的強(qiáng)度分別為過起偏器后，光的強(qiáng)度分別為I1/2和和I2 /2。根據(jù)馬呂斯。根據(jù)馬呂斯定律，透過檢偏器后光的強(qiáng)度為定律，透過檢偏器后光的強(qiáng)度為2221cos 602II

11、 2111cos 302II但按題意但按題意21II 所以所以60cos30cos2221II 即即2122cos 601cos 303II光的偏振PPT課件16例例4.4.光強(qiáng)的調(diào)制光強(qiáng)的調(diào)制。( (教材教材P74 P74 例例24.1 24.1 偏振片組合偏振片組合) ) 在透振方向正交的起偏器在透振方向正交的起偏器M和檢偏器和檢偏器N之間，插之間，插入一片以角速度入一片以角速度旋轉(zhuǎn)的理想偏振片旋轉(zhuǎn)的理想偏振片P，入射自然光，入射自然光強(qiáng)為強(qiáng)為I I0 0，試求由系統(tǒng)出射的光強(qiáng)是多少？，試求由系統(tǒng)出射的光強(qiáng)是多少？ MNPtPNM解解: : 通過通過M: :0121II 通過通過P: :)

12、2(cos212tII通過通過N:tII223cos光的偏振PPT課件17每旋轉(zhuǎn)偏振片每旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，輸出光強(qiáng)有一周，輸出光強(qiáng)有“四明四零四明四零”。 t=450,1350,2250,3150時，輸出光強(qiáng)為時，輸出光強(qiáng)為 。8/0I t=00,900,1800,2700時，輸出光強(qiáng)為零時，輸出光強(qiáng)為零。)4cos1)(16/(2sin81cossin)2/020220tItIttII （出即即: :ttIttItII220221223cossin2/cossincos光的偏振PPT課件18一一. .反射和折射產(chǎn)生的偏振反射和折射產(chǎn)生的偏振自然光反射和折射后均自然光反射和折射后均為部分偏振光

13、為部分偏振光 2n1nii 二二. 布儒斯特定律布儒斯特定律線偏振光線偏振光 bi bi ib 布儒斯特角布儒斯特角或或起偏振角起偏振角. .當(dāng)當(dāng)ib+=90o 時時，反射光為線偏振光反射光為線偏振光. .bbinnincossinsin22112tannnib很小反I1. 定律定律 1n2n光的偏振PPT課件19外腔式激光器諧振腔外腔式激光器諧振腔布儒斯特窗布儒斯特窗 i0i0激光輸出激光輸出M1M2i0i0應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例空氣空氣玻璃玻璃玻璃玻璃空氣空氣111.50tg56 18 1.001.00 tg33 42 1.50BBii互余互余例如例如 n1 =1.00( (空氣空氣) )， n

14、2 =1.50( (玻璃玻璃) )，則則光的偏振PPT課件20用以增大反射光的強(qiáng)度和折射光的偏振化程度用以增大反射光的強(qiáng)度和折射光的偏振化程度當(dāng)當(dāng)i =i0時，反射光強(qiáng)度時，反射光強(qiáng)度I 和入射光的強(qiáng)度和入射光的強(qiáng)度I0 之比為之比為)(sin21 020riII自然光從空氣自然光從空氣玻璃玻璃%7 0IIi0( (接近線偏振光接近線偏振光) ) 玻璃片堆玻璃片堆2. 玻璃片堆起偏和檢偏玻璃片堆起偏和檢偏光的偏振PPT課件21玻璃片堆玻璃片堆檢偏檢偏若反射光光強(qiáng)不變則入射光是若反射光光強(qiáng)不變則入射光是自然光自然光若反射光光強(qiáng)變且有消光則入若反射光光強(qiáng)變且有消光則入射光是線偏振光射光是線偏振光i

15、0 若反射光光強(qiáng)變且無消光則入若反射光光強(qiáng)變且無消光則入射光是部分偏振光射光是部分偏振光 讓待檢光以布儒斯特角讓待檢光以布儒斯特角 入射到界面上，以入射入射到界面上，以入射線為軸旋轉(zhuǎn)界面（保持線為軸旋轉(zhuǎn)界面（保持 不變）不變）0i0ii ( (接近線偏振光接近線偏振光) )光的偏振PPT課件22例：已知某材料在空氣中的布儒斯特角例：已知某材料在空氣中的布儒斯特角 求它求它的折射率？若將它放在水中（水的折射率的折射率？若將它放在水中（水的折射率1.331.33），求），求布儒斯特角？該材料對水的相對折射率是多少？布儒斯特角？該材料對水的相對折射率是多少？058pi解：解：設(shè)該材料的折射率為設(shè)該材

16、料的折射率為 n ，空氣的折射率為，空氣的折射率為1 16 . 1599. 158tan,1tan0nnip放在水中，則對應(yīng)有放在水中，則對應(yīng)有2 . 133. 16 . 1tan水nnip03 .50pi所以所以：該材料對水的相對折射率為該材料對水的相對折射率為1.2光的偏振PPT課件23 2i由圖可知由圖可知13. 133. 15 . 1tan232 nni22301156362648 )90( iii 解解: :由布儒斯特定律由布儒斯特定律 i i例題：例題：如圖所示，自然光由空氣入射到折射率為如圖所示，自然光由空氣入射到折射率為的水面上，入射角為的水面上，入射角為 i 時使反射光為完全

17、偏振光。今有一時使反射光為完全偏振光。今有一塊玻璃浸入水中，其折塊玻璃浸入水中，其折射率為射率為 ，若光，若光由玻璃面反射也成為完由玻璃面反射也成為完全偏振光，求水面與玻全偏振光，求水面與玻璃之間的夾角璃之間的夾角a.a.33. 12 n5 .13 n33. 1tan12 nni453 i22648 i 光的偏振PPT課件2424.4 由散射引起的光的偏振由散射引起的光的偏振光的散射光的散射：光射到一個微?；蚍肿由希蜁蛊洌汗馍涞揭粋€微?；蚍肿由?，就會使其中的電子在光束內(nèi)的電場矢量的作用下振動。振中的電子在光束內(nèi)的電場矢量的作用下振動。振動中的電子會向其周圍四面八方發(fā)射同頻率的電動中的電子會

18、向其周圍四面八方發(fā)射同頻率的電磁波，即光。磁波，即光。 這種現(xiàn)象叫光的散射。這種現(xiàn)象叫光的散射。光的散射也會引起光的偏振。分子光的散射也會引起光的偏振。分子中電子振動時發(fā)出的光是偏振的。中電子振動時發(fā)出的光是偏振的。e振動方振動方向向光振動的方向總垂直于光線的方向，光振動的方向總垂直于光線的方向，并和電子振動方向在同一平面。但并和電子振動方向在同一平面。但是，各方向的光的強(qiáng)度不同：垂直是，各方向的光的強(qiáng)度不同：垂直于電子振動方向最強(qiáng)，沿電子振動于電子振動方向最強(qiáng)，沿電子振動方向強(qiáng)度為零。方向強(qiáng)度為零。光的偏振PPT課件25自然光自然光線線偏偏振振光光部分偏振光部分偏振光Ze電子振電子振動方向動

19、方向XY眼睛眼睛自然光沿自然光沿X軸入射，引軸入射，引起電子在起電子在Y和和Z方向的振方向的振動而發(fā)生光的散射。動而發(fā)生光的散射。沿沿Y軸看去，電子軸看去，電子Z方向振動的光強(qiáng)方向振動的光強(qiáng)零，而沿零，而沿Y方向振方向振動的光強(qiáng)最大，所動的光強(qiáng)最大，所以沿以沿Z向看去，只向看去，只有電子沿有電子沿Y向振動向振動的線偏振光。的線偏振光。同理，沿同理，沿Y向看去，只有電子沿向看去，只有電子沿Z向振動的線偏振光。向振動的線偏振光。光的偏振PPT課件26 方解石方解石s1R2R一束光入射到各向異性的介質(zhì)一束光入射到各向異性的介質(zhì)后出現(xiàn)兩束折射光線的現(xiàn)象。后出現(xiàn)兩束折射光線的現(xiàn)象。1. 雙折射現(xiàn)象雙折射

20、現(xiàn)象 2. 兩束折射光的特性兩束折射光的特性 (1)尋常光和非尋常光尋常光和非尋常光o 光光e 光光ioe1nl一束折射光始終在入射面內(nèi)，并一束折射光始終在入射面內(nèi)，并遵從折射定律，稱為遵從折射定律，稱為尋常光尋常光，簡，簡稱稱 o 光光(ordinary rays)2n光的偏振PPT課件27l另一束折射光一般不在折射面內(nèi)，不遵從折射定律，另一束折射光一般不在折射面內(nèi)，不遵從折射定律，稱為稱為非常光非常光，簡稱，簡稱e e光光 (extraordinary rays). (2)兩束折射光是光矢量振動方向不同的線偏振光兩束折射光是光矢量振動方向不同的線偏振光. (3)晶體的光軸晶體的光軸78o1

21、02o78o102o光軸光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿一個特殊方向當(dāng)光在晶體內(nèi)沿一個特殊方向傳播時不發(fā)生雙傳播時不發(fā)生雙折射折射，該方向稱為晶體的光軸，該方向稱為晶體的光軸。光軸是一特殊的方向光軸是一特殊的方向, ,凡平行于此凡平行于此方向的直線均為光軸。方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個光軸的晶體單軸晶體：只有一個光軸的晶體雙軸晶體雙軸晶體: : 有兩個光軸的晶體有兩個光軸的晶體光的偏振PPT課件28光軸光軸ve tvo t光軸光軸(4)(4)單軸晶體的子波波陣面單軸晶體的子波波陣面 光的雙折射實質(zhì)上是由于光在晶體中的傳播速光的雙折射實質(zhì)上是由于光在晶體中的傳播速率與光的傳播方向和光的偏振狀態(tài)有關(guān)。

22、率與光的傳播方向和光的偏振狀態(tài)有關(guān)。l o光沿不同方向的傳播速率相同，其波面是球面光沿不同方向的傳播速率相同，其波面是球面. .l e光沿不同方向的傳播速率不相同，其波面是以光沿不同方向的傳播速率不相同，其波面是以光軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球面光軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球面. .光的偏振PPT課件29光光光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時o光不動，光不動，e光圍繞光圍繞o光旋轉(zhuǎn)光旋轉(zhuǎn)雙雙折折射射紙面紙面方解石方解石 晶體晶體光的偏振PPT課件30光光光光雙雙折折射射當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時o光不動，光不動，e光圍繞光圍繞o光旋轉(zhuǎn)光旋轉(zhuǎn)紙面紙面方解石方解石 晶體晶體光的偏振PPT課件31光光光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時o光不動，光不動，e光圍繞光圍繞o光旋轉(zhuǎn)光旋轉(zhuǎn)雙雙折折射射紙面紙面方解石方解石 晶體晶體光的偏振PPT課件32光光光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時o光不動，光不動，e光圍繞光圍繞o光旋轉(zhuǎn)光旋轉(zhuǎn)雙雙折折射射紙面紙面方解石方解石 晶體晶