線偏振光與部分偏振光.ppt

1、振動(dòng)面振動(dòng)面uE 左圖中線段表示光振動(dòng)平行于圖面的線左圖中線段表示光振動(dòng)平行于圖面的線偏振光偏振光, , 點(diǎn)子表示光振動(dòng)垂直于圖面點(diǎn)子表示光振動(dòng)垂直于圖面. .畫出相畫出相同的點(diǎn)和線段表示自然光同的點(diǎn)和線段表示自然光, ,用來表示各個(gè)方向用來表示各個(gè)方向光振動(dòng)幾率相同光振動(dòng)幾率相同. .線偏振光線偏振光線偏振 光振動(dòng)電矢量總是在一個(gè)固定的平面內(nèi)光振動(dòng)電矢量總是在一個(gè)固定的平面內(nèi), ,所以這種偏振光又叫做所以這種偏振光又叫做平面偏振光平面偏振光. . 在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)，電矢量端點(diǎn)的軌跡是一在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)，電矢量端點(diǎn)的軌跡是一條直線條直線, ,光振動(dòng)只改變振幅大小，不改變方向

2、光振動(dòng)只改變振幅大小，不改變方向. .5.2 5.2 線偏振光與部分偏振光線偏振光與部分偏振光 部分偏振光 partialxAyAiiyyiixxAAAA/占優(yōu)振動(dòng)方向隨機(jī)變化，某一方向振幅最大（振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)），與其垂直方向振幅最小。 =+部分偏振光可視為一個(gè)平面偏振光和一個(gè)自然光的混合部分偏振光的圖示法：占優(yōu)定義：minmaxminmaxIIIIPImax：強(qiáng)度最大方向光強(qiáng)Imin：強(qiáng)度最小方向光強(qiáng)0P10 P1P偏振度最小，自然光部分偏振光偏振度最大，線偏振光 利用反射和折射 利用二向色性 利用晶體雙折射 利用散射（略）從實(shí)用的角度看，首先必須解決兩大問題：1、如何判別光源的偏振態(tài)；偏振光的

3、檢驗(yàn)2、如何從普通光源中取得偏振光起偏振器：用某種方式從自然光中獲得偏振光的光學(xué)元件光矢量對(duì)傳播方向的偏振性，在與物質(zhì)的作用過程中，一定有所反映。一、二向色性與偏振片二向色性：某些各向異性晶體對(duì)不同方向光振動(dòng)具有選擇吸收的性質(zhì)天然晶體中，電氣石（六角形片狀）具有最強(qiáng)的二向色性1mm厚的電氣石晶體可把垂直于光軸振動(dòng)的光矢量全部吸收！六角形長(zhǎng)對(duì)角線方向?yàn)楣廨SEE光軸：E光軸：吸收很少通過較多通過很少吸收較多自然光入射線偏振光出射二、人造偏振片：透振方向：允許通過光矢量振動(dòng)的方向。優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低廉；面積大，通光孔徑大；輕便。缺點(diǎn)：帶有選擇性吸收，使透射的偏振光帶有顏色。通！不通！透振方向入射光/透振方

4、向入射光透振方向透明聚乙烯醇片，強(qiáng)烈吸收某一方向上的光振動(dòng)，透射光成為線偏振光。形象說明偏振片的原理透振方向腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門！三、馬呂斯定律 Law of Mulus偏振片可作起偏器：使自然光變成線偏振光檢偏器：鑒別自然光、線偏振光、部分偏振光2、設(shè)：P1 為起偏器， P2 為檢偏器，通過P1 的光強(qiáng)為I，振幅 為A，求通過P2 的光強(qiáng)為IP1 和 P2 透振方向平行時(shí)：I= I cos20= I P1 和 P2 透振方向成角時(shí)：I= I cos2P1 和 P2 透振方向垂直時(shí)：I= I cos290=02cosII1、自然光通過起偏器的情形若入射光為 I0，有出射光：021II 自然光通

5、過偏振片該偏振片可從自然光中取得線偏振光所以稱為起偏器P1入射 的自然光光強(qiáng)為I0從P1出射線偏振光光強(qiáng)為 I = I0 /2xAyAAx = AyP1P1P2P1 和 P2 透振方向平行過P1 的線偏振光光強(qiáng)為I從P2 出射光強(qiáng)為 I = I cos20 = IP2旋轉(zhuǎn)P2可鑒別自然光、線偏振光、部分偏振光，P2稱為檢偏器P1AP2P2P1P1P2P1 和 P2 透振方向成角時(shí)過P1 的線偏振光光強(qiáng)為Icos/AA sinAA 從P2 出射光強(qiáng)為 I= A/2= I cos2P1P1P2P2P1 和 P2 透振方向垂直時(shí)過P1 的線偏振光光強(qiáng)為I從P2 出射光強(qiáng)為 I= I cos290=

6、0消光. . . .檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光 I0 光強(qiáng)不變I = I0 /2. . . .檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光 I0 光強(qiáng)不變I = I0 /2. . . .檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光 I0 光強(qiáng)不變I = I0 /2. . . .檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光 I0 光強(qiáng)不變I = I0 /2. . . .檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光 I0 光強(qiáng)不變I = I0 /2. . . .檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光 I0 光強(qiáng)不變I = I0 /2. . . .檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器

7、，光強(qiáng)不變自然光 I0 光強(qiáng)不變I = I0 /2. . . .起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)變化！. . . .偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！. . . .偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！. . . .偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！. . . .偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！. . . .偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！. . . .偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏

8、器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！. . . .兩偏振片的偏振化方向相互垂直時(shí)光強(qiáng)為零！偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！光強(qiáng)為光強(qiáng)為 I0 的自然光相繼通過偏振片的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強(qiáng)后光強(qiáng)為為I0 /8，已知，已知P1 P3，問：，問：P1、P2間夾角為何？間夾角為何？解解: 分析分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2201II 221cosII 222223sincosIII 8sincos20220II 045例題例題例題例題：兩偏振片堆疊在一起，一束自然光垂直入射其兩偏振片堆疊在一起，一束自

9、然光垂直入射其上時(shí)沒有光線透過。當(dāng)其中一偏振片慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)上時(shí)沒有光線透過。當(dāng)其中一偏振片慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)180 時(shí)透射光強(qiáng)時(shí)透射光強(qiáng)度發(fā)生的變化為度發(fā)生的變化為: B （A）光強(qiáng)單調(diào)增加；）光強(qiáng)單調(diào)增加；（B）光強(qiáng)先增加，后又減小至零；）光強(qiáng)先增加，后又減小至零；（C）光強(qiáng)先增加，后減小，再增加；）光強(qiáng)先增加，后減小，再增加；（D）光強(qiáng)先增加，然后減小，再增加再減小至零。）光強(qiáng)先增加，然后減小，再增加再減小至零。P2P1.四、反射光的偏振態(tài)S波：光矢量垂直于入射面 自然光入射在兩各向同性介質(zhì)表面，反射、折射光線的偏振狀態(tài)？自然光在介質(zhì)界面上反射時(shí)，分解成P波：光矢量平行于入射面由費(fèi)涅耳公式知S波和P波反

10、射系數(shù)不一樣1、一般情況 一般入射角 i，反射光和透射光均為部分反射光.自然光分解成平行于入射面和垂直于入射面的兩個(gè)分量反射光的S波比P 波強(qiáng)透射光的P 波比S 波強(qiáng)n1n2根據(jù)根據(jù)p p分量振幅反射比分量振幅反射比,)()(2121iitgiitgEErp1p1p當(dāng)當(dāng)02190ii時(shí)時(shí), ,分母無窮大分母無窮大, , 0pr因此任何偏振態(tài)的光因此任何偏振態(tài)的光, ,若以滿足若以滿足02190ii的入射角入射時(shí)的入射角入射時(shí), ,反射光中只有反射光中只有 s s 分量分量, ,沒有沒有p p分量分量, p , p 分量全部透射分量全部透射. . 此時(shí)的入射角稱為此時(shí)的入射角稱為布儒斯特角布儒斯

11、特角( (也叫也叫偏偏化角化角),),記為記為 .pi布儒斯特角2、特殊情況（布儒斯特定律 Brewsters Law）n1n2.由費(fèi)涅耳公式知當(dāng)220 ii反射光為光矢量垂直于入射面的完全偏振光.i2/2i0透射光為部分偏振光02022201cos)2sin(sinsininininin120nntgi i0 稱為起偏振角布儒斯特角. . . . .7 .335 . 10 . 101tgip因此反射光中只有因此反射光中只有s s分量分量. . . . . . . . . . .pi. . .透射光為部分偏振光透射光為部分偏振光. .空氣中折射率為空氣中折射率為1.51.5的平板玻璃的平板玻璃

12、, , 自然光以布儒斯特角自然光以布儒斯特角013 .560 . 15 . 1tgip入射到第一界面上入射到第一界面上. .第二界面上的入射角也恰為布儒斯特角第二界面上的入射角也恰為布儒斯特角例如例如: :pi 玻璃片堆的反射起偏和透射起偏玻璃片堆的反射起偏和透射起偏pi反射起偏和透射起偏反射起偏和透射起偏: : 自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆( (由二十多個(gè)玻璃由二十多個(gè)玻璃片組成片組成) )上上, ,反射光是振動(dòng)面垂直于入射面的線偏振光反射光是振動(dòng)面垂直于入射面的線偏振光. .透射透射光偏振度非常高光偏振度非常高, ,也可視為線偏振光也可視為線偏振光, ,

13、振動(dòng)面平行于入射面振動(dòng)面平行于入射面. .獲線偏振獲線偏振.光矢量平行于入射面的線偏振光透射自然光入射光矢量垂直于入射面的線偏振光反射bibibi例題例題：畫出下列圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態(tài)。畫出下列圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態(tài)。1n2n1n2n1n2n1n2n1n2n1n2n（1）測(cè)不透明介質(zhì)的折射率。）測(cè)不透明介質(zhì)的折射率。（2）制作偏振攝像鏡頭、太陽鏡、棱鏡等光學(xué)器件。）制作偏振攝像鏡頭、太陽鏡、棱鏡等光學(xué)器件。（3）激光器的布氏窗。）激光器的布氏窗。（4）立體電影、車窗、飛機(jī)舷窗等的制作。）立體電影、車窗、飛機(jī)舷窗等的制作。應(yīng)用：應(yīng)用：汽車車燈汽車車燈 汽車夜間在

14、公路上行駛與對(duì)面的車輛相遇時(shí)，為了避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對(duì)面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時(shí)，即不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。 另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會(huì)使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強(qiáng)烈的來自上空的散射光基本上是水平方向振動(dòng)的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光。生物的生理機(jī)能與偏振光生物的生理機(jī)能與偏振光 人的眼睛對(duì)光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對(duì)偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支復(fù)眼、兩支復(fù)眼，每個(gè)復(fù)眼包含有63006300個(gè)個(gè)小眼，這些小眼能根據(jù)太陽的偏光確定太陽的方位，然后以太陽為定向標(biāo)來判斷方向，所以蜜蜂可以準(zhǔn)確無誤地把它