課件光的偏振

1、光的偏振狀態(tài)起偏與檢偏光的雙折射橢圓（圓）偏振光偏振光的旋光效應(yīng)人工雙折射12011/11/20第十四章 光的偏振光的振動方方向的不對稱性稱偏振。線偏振光圓偏振光橢圓偏振光自然光偏振光部分線偏振光部分圓偏振光部分橢圓偏振光偏振光+自然光部分偏振光22011/11/20偏振是橫波對于縱波的顯著區(qū)別。只有橫波有偏振性，縱波沒有偏振性。14.1光的偏振狀態(tài)1.線偏振光 （平面偏振光）uE光振動平行板面光振動垂直板面量始終沿某一方向振動，量端點(diǎn)的軌跡是一條直線。量的振動方向和方向的平面成為振動面。線偏振光的量總是保持在固定的振動面內(nèi)，所以線偏振光也稱為平面偏振光。32011/11/20振動面2.橢圓偏

2、振光和圓偏振光量的瞬時值大小和方向有規(guī)律的變化。量端點(diǎn)的軌跡是一個橢圓的稱橢圓偏振光；量的大小不變，只是方向繞著方向旋轉(zhuǎn)，則為圓偏振光。42011/11/203.自然光（1）在垂直光線的平面內(nèi)，量沿各方向振動的概率均等。xI II0 xy（2）通過偏振片后光強(qiáng)減弱一半無論偏振片的偏振化方向怎樣。線偏振光5yI 10IIu022011/11/20I 1I20自然光可用兩個相互獨(dú)立、沒有固定相位關(guān)系、等振幅且振動方向相互垂直的線偏振光表示4.部分偏振光包含一切可能的振動方向，但不同方向振幅不同，某方向振幅相對其它方向具有最大值。I0 InIPI0 總光強(qiáng)偏振度I 偏振光的光強(qiáng)PIn自然光的光強(qiáng)IP

3、 = 0In = 0P = 0 自然光P = 1 偏振光0Pvo)e光o光2.光軸在入射面內(nèi)，與晶體表面有一夾角，自然光垂射。光軸o光o光e光e光232011/11/20負(fù)晶體負(fù)晶體3. 光軸垂射面，并平行晶體表面，自然光斜入射(vove)光軸e光o光4. 光軸平行晶體表面，自然光垂射此時，o, e 光方向相o光同，但速度不同。從晶體出射后， 二者產(chǎn)生相位差。e光242011/11/20正晶體負(fù)晶體四 、利折射獲得線偏振光1.棱鏡（偏光鏡）n1o.6584861n .655玻璃n1 . 73oeZe 光在界面上e玻璃全反射后被吸收。吸收涂層sin ic 可以由nen nei 64 o osin

4、 i73ccn252011/11/202.頓棱鏡（偏光分束鏡 ）no ne折射角小于入射角Z折射角大于入射角ne no|o光e光|e光o光n o neZ262011/11/20后一半前一半畫出自然光垂直通過洛匈棱鏡（磨制）o光、e光的方向，振動方向！Zo光Zn o 未變n o nee光o光e光ZZ|o光e光|e光o光272011/11/20后一半前一半晶體對于波長為0的單色光，主折射率為no和ne，當(dāng)光沿時，o光的波長為（ 0 / no ），e光的波長為光軸（ 0 / no ）；當(dāng)光沿垂直光軸時，o光波長為（ 0 / no），e光的波長為（ 0 / ne ）。 0n c cT 0 vn2820

5、11/11/20一束線偏振光垂直射入一塊，入射前量中o光、例題方向與晶體的主截面成30角，求：在e光的光強(qiáng)之比。解：垂直射入主截面、主平面共面入射光振幅 A 12 1 A2 sinsinAcosAo30 A302 oAAIooo21221o 302A222 oAeIecos30eAoA30Ae292011/11/20Iotan2o301Ie3主截面光軸切割成正三角形截面的棱鏡，自然光以i 角用例題入射，定性畫出o光、e光的振動方向，方向。負(fù)晶體垂直光軸方向v e vo解：e光對嗎？e光io光光軸o光302011/11/203.二向色性晶體對o 光和e 光的吸收有很大差異。電氣石Z1mm厚的電氣

6、石可將o光吸收凈，e光卻有剩余 可制成偏振片。312011/11/20 = 0 = /2(第一象限)(第二象限) = = 3/2(第三象限)（第四象限）x A1 cos ty A2 cos( t )x y 0A1A2x2 y 2A2A2112一、 波片與相位延遲波片光軸平行表面。Z光束垂直表面入射，o光、e光方向相同、速度不同、主折射率不同。出射o、e光的光程差 四分之一波片 2nn42 deo 二分之一波片注意：出射o、e光的相位差 2 d n2n e波片對確定波長而言！o2332011/11/20注意：四分之一 波片最終產(chǎn)生的相位差應(yīng)該是 2kd14.4橢圓（圓）偏振光二、橢圓偏振光與圓偏

7、振光表面相位相同到后表面相位差：ZAA 2 dn n 2mmAeoeo線偏振光正橢圓偏振光 45線偏振光21d圓偏振光2 ZAA AAoAAeAoeAsinAcos其它斜橢圓思考：自然光入射，出射光偏振狀態(tài)如何？oe342011/11/20三、利用波片改變偏振光的偏振狀態(tài) 2d n n d nneoeo42 0o 90o四分之一波片 45o橢圓偏振光圓偏振光線偏振光？ d n n 2 d n n eoeo2Z半波片線偏振光線偏振光AA振動方向跨光軸轉(zhuǎn)過2所有的光經(jīng)過波片之后，光強(qiáng)不變，只是偏振態(tài)發(fā)生改變。2011/11/2035注意箭頭的雙向性2四、區(qū)分不同偏振狀態(tài)的光線偏振光光強(qiáng)明暗變化，有

8、消光自然光無光強(qiáng)變化圓偏振光無光強(qiáng)變化橢圓偏振光光強(qiáng)明暗變化，無消光部分偏振光光強(qiáng)明暗變化，無消光362011/11/20偏振片旋轉(zhuǎn)I0I0自然光I 不變圓偏振光I 0MII00(/4)波片P 旋轉(zhuǎn)(/4)波片部分線偏振光橢圓偏I(xiàn)I00I IMmIM 0振光 II00P旋轉(zhuǎn)光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸372011/11/201、一束光可能是（1）自然光（2）線偏振光（3）部分偏振光（4）圓偏振光，如何用實(shí)驗(yàn)決定是哪種光？2、有人說可以做一個實(shí)驗(yàn)，讓一束光通過一個偏振片得到線偏振光，然后在通過一個四分之一波片，得到了圓偏振光?？赡苊?？第一部分可能。光是自然光，通過一個偏振片得到線偏振光，若不考

9、慮吸收，光強(qiáng)減弱一半。第二步不可能。因?yàn)楣馐菑?fù)色光，四分之一波片是對確定波長的單色光而言。所以找不到一塊對應(yīng)的“到白色的圓偏振光。光”的四分之一波片，也不會得382011/11/20晶片CP1P2EoEeEoEe同頻率 I0ZZAePII10122neonP2AdPP21AAo2d ne no ZAoIAI 0 cos2sin 2sin2()cos2e2 dneon22相干光強(qiáng)與, , 有關(guān) I I0 cos2I /2 是通過P1后的光強(qiáng)sin 2sin2()sin2022011/11/20239d14.5偏振光的晶片CP1P2EoEeEoEe同頻率 I0IZI012 I I0 cos22n

10、nsin 2sin2()sin2 deo221、晶片厚度均勻，視場一片均勻，明暗與厚度有關(guān)。單色光入射2、晶片厚度不均勻，視場出現(xiàn)條紋。1、晶片厚度均勻，由于不同波長的光干涉結(jié)果不同，視場顯示一定色彩。2、晶片厚度不均勻，視場出現(xiàn)彩色條紋。白色光入射色偏振402011/11/20P1，P2是兩個平行放置的正交偏振片，C是相對與入射光的四分之一波片（近似），其光軸與P1的透光方向的夾角為60。，光強(qiáng)為I0的自然光從P1入射，（1）各區(qū)域光的偏振狀態(tài)，用符號在圖中表示，（2）計(jì)算各區(qū)域光強(qiáng)。CA Asin 60A Acos 60PPo I0e1 I02II12223A A sin 60cos 60

11、 Ao43 AZA Acos 60 cos 30 e4P1I I I 2I I cos( )AZ3oeoe2AoAeI 1 A2I 1 A2P2Ao，ooee，Ae22412011/11/20I 3 A2 3 I388 0一、旋光現(xiàn)象CP1 P2I0P1P2ZZ垂直C表面排除雙折射的干擾。順時針旋轉(zhuǎn) 右旋旋光物質(zhì)迎著光看，隨著空間傳 石英、氯霉工）、葡萄糖。播，量逆時針旋轉(zhuǎn) 左旋旋光物質(zhì) 石英、氯霉工 天然）、果糖。422011/11/2014.6旋光效應(yīng)CP1 P2I0二、旋光本領(lǐng)P1P2ZEE旋光物質(zhì)l固體旋光本領(lǐng)光在旋光物質(zhì)中一往一返，振動面旋轉(zhuǎn)角: /mmlc溶液的濃度溶液旋光本領(lǐng)度如

12、何？043cl2011/11/20三、磁致旋光鉛玻璃、二硫化碳、等在磁場中呈旋光性BP1P2沿B振動面右旋；逆B振動面左旋。往返量共旋轉(zhuǎn)了2 。迎著光看： = 45可制成光器！442011/11/20效應(yīng)（1875年）一、，純度要求高P2+P145o盒優(yōu)點(diǎn)：馳豫時間短。 10-8 s45od-l不加電場 液體各向同性 P2不透光。加電場 液體呈單軸晶體性質(zhì)（Z/E） nk2E（k n當(dāng)n常數(shù)）eo盒相當(dāng)于半波elno片P透光最大22452011/11/20二次電光效應(yīng)高速光開關(guān)或光調(diào)制器14.7人工雙折射效應(yīng) (1893年)二、 泡線性電光效應(yīng)P2P1E磷酸二氫鉀泡盒 不加電場單軸晶體 P2后

13、面無光 加電場晶體變雙軸晶體原光軸方向附加了雙折射效應(yīng) P2 透光。折射率的變化與電場強(qiáng)度的一次方成正比。462011/11/20結(jié)合波片的相位延遲性計(jì)算有關(guān)問題。一、定律光強(qiáng)為線偏振光入射偏振片后出射光的光強(qiáng)二、反射和折射光的偏振反射光 垂的成分多折射光平行入射面振動的成分多特角入射時射面振動入射光以1、反射光是垂直與入射面振動的線偏振光2、折射光仍是部分偏振光3、反射光與折射光的2011/11/20方向相互垂直47自然光在兩種界面上反射和折射時，反射光和折射光都是部分偏振光I Icos 2 0光 的 偏 振 知 識 點(diǎn)三、雙折射的有關(guān)知識光軸、主截面、主平面、入射面、折射面、主速度、主折射

14、率、正晶體、負(fù)晶體o的振動垂直與自己的主平面，遵守折射定理，o光的速度與方向無關(guān)，其波面為球面。e光的振動平行與自己的主平面，折射定理，e光的速度隨方向而變，其波面是以光軸為轉(zhuǎn)軸的橢球面。o光、e光的振動方向一般不垂直當(dāng)入射面和主截面重合時，即o光、 e光的主平面與入射面、主截面三者重合時， o光、 e光的振動方向垂直。o光、 e的波陣面在光軸相切。（沿光軸無雙折射）o光、 e在垂直與光軸方向上速度相差最大。482011/11/20四、如何利用波片和偏振片判斷一束光的偏振狀態(tài) 2d n n d nneoeo42四分之一波片 45o橢圓偏振光圓偏振光線偏振光 d n n 2 d n n eoeo2半波片線偏振光線偏振光振動方向跨光軸轉(zhuǎn)