dch自然光與偏振光線偏振光與部分偏振光解析

會計學1dch自然光與偏振光線偏振光與部分偏振光解析偏振現(xiàn)象是橫波區(qū)別于縱波的主要特征，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。早在1669年丹麥科學家巴托林.通過冰洲石（方解石）觀察物體時，首次發(fā)現(xiàn)了雙折射現(xiàn)象.法國的科學家馬呂斯在1808年通過晶體觀察從玻璃上反射光時，發(fā)現(xiàn)了偏振現(xiàn)象，并引入偏振這一概念.第1頁/共56頁菲涅耳和阿喇果等人總結了偏振光干涉的規(guī)律，為了解釋種種偏振現(xiàn)象，托馬斯·楊在1817年首次提出了光波是橫波。直到1865年，麥克斯韋建立了電磁理論以后，光的橫波性才得到了堅實的理論基礎，從而使光的偏振現(xiàn)象得到完全合理的解釋，反過來光的偏振現(xiàn)象則成為光的電磁理論最有力的實驗證據(jù)。第2頁/共56頁

沿縱波的傳播方向作任意平面，波的運動情況相同，具有對稱性，即縱波的振動相對于傳播方向是軸對稱的。一、光的偏振性機械橫波與縱波的區(qū)別第3頁/共56頁橫波的振動相對于傳播方向不是軸對稱的。第4頁/共56頁機械橫波與縱波的區(qū)別機械波穿過狹縫第5頁/共56頁偏振

波的振動方向相對于傳播方向的不對稱性，叫偏振。

這就是說，橫波具有偏振性，而縱波不具備偏振性。

光是橫波，應該具有偏振性。第6頁/共56頁5.1自然光和偏振光（NaturalLightandPolarizedLight）

偏振—波的振動方向對于傳播方向的不對稱性橫波特有的性質。

一、光的偏振態(tài)偏振態(tài)

三類五種第7頁/共56頁1

偏振光（線偏振光）符號表示光振動只沿某一固定方向的光.振動面線偏振光----電矢量的振動面只限于某一確定的平面。

電矢量與傳播方向所構成的平面稱為振動面第8頁/共56頁線偏振光E播傳方向振動面·面對光的傳播方向看線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解：EEyEx

yx第9頁/共56頁

自然光特點在與傳播方向垂直的平面上，各個方向電矢量的時間平均值相等?？煽醋餮貍?/p>

2自然光（非偏振光）播方向對稱分布的、無固定相位關系的大量線偏振光的集合。一般光源發(fā)出的光，不能直接顯示偏振性包含各個方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等.沒有優(yōu)勢方向自然光的分解第10頁/共56頁※

機理：原子自發(fā)輻射具有獨立性、間歇性和隨機性普通光源所發(fā)出的光,波列之間是相互獨立的，沒有固定的關聯(lián)（相位、振動方向、振幅、波列長短等），按統(tǒng)計原理，無論哪一方向的振動在各方向上的分布是對稱的，振幅也可看成是完全相等的（統(tǒng)計平均）.一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。第11頁/共56頁符號表示注意

各光矢量間無固定的相位關系.所以不能合成一個線偏振光

二互相垂直方向是任選的

.自然光：討論問題時可看作兩個振幅相同振動互相垂直的非相干線偏振光的疊加。第12頁/共56頁

部分偏振光：某一方向的光振動比與之垂直方向上的光振動占優(yōu)勢的光為部分偏振部分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。符號表示3部分偏振光及偏振度部分偏振光的分解部分偏振光第13頁/共56頁圖示：通常用偏振度P表示部分偏振光的偏振程度對于自然光，Imax=Imin，P＝0；對于線偏振光，Imin＝0，P＝1。線偏振光是偏振度最大的光，又叫全偏振光。第14頁/共56頁部分偏振光還可以表示成為自然光和平面偏振光的疊加第15頁/共56頁偏振度IM—在某一方向上的偏振光強度最大值

In—與之垂直方向的偏振光強度最小值

平面偏振光

P=1自然光(非偏振光)

P=0部分偏振光

0<P<1第16頁/共56頁圖示：

自然光

線偏振光：部分偏振光：第17頁/共56頁1、偏振光及其表征：（1）自然光（2）線偏振光（3）部分偏振光

,2、偏振光產生的方法：（1）二向色性元件（天然、人工）:

起偏器和檢偏器，馬呂斯定律。（2）界面反射（布儒斯特定律）（3）界面折射（應用：laser的布儒斯特窗）第18頁/共56頁

某些物質能吸收某一方向的光振動,

而只讓與這個方向平行的光振動通過,

這種性質稱二向色性.5.2

線偏振光與部分偏振光二向色性（dichroism）：利用某些晶體對振動方向不同的電矢量具有選擇吸收的性質一、偏振光的獲得:第19頁/共56頁物質的二向色性二向色性：物質所具有的對相互垂直的兩個光振動的選擇吸收作用。有些能夠產生雙折射的單軸晶體，對o光和e光的吸收作用有很大不同，對其中的一個吸收作用很強，而對另一個很弱。在高分子化合物中，使高分子長鏈沿某個方向有規(guī)則的排列，經特殊加工后，它會對相互垂直的兩個光振動產生不同的吸收作用。具有二向色性的物質可以用來制作偏振片。第20頁/共56頁制成的起偏器（檢偏器）叫偏振片（polaroid）。

涂有二向色性材料的透明薄片.它只讓某一特定方向的光振動通過。

偏振片：起偏器：能夠使自然光變?yōu)槟撤N偏振光的光學元件檢偏器：用來檢驗偏振光的光學元件。第21頁/共56頁二.起偏和檢偏

起偏的原理：利用某些材料在光學性質上的各向異性。

起偏：從自然光獲得偏振光。

起偏器:起偏的光學器件。第22頁/共56頁電氣石晶片·非偏振光線偏振光光軸··

偏振片的起偏非偏振光I0線偏振光IP偏振化方向(透振方向)···

偏振片第23頁/共56頁

檢偏：用偏振器件分析、檢驗光的偏振態(tài)

偏振片的起偏第24頁/共56頁

起偏

偏振化方向（透振方向）：當自然光照射在偏振片上時，它只讓某一特定方向的光通過，這個方向叫此偏振片的偏振化方向.偏振化方向起偏器第25頁/共56頁

偏振片上允許通過光振動的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫透光軸。

偏振片的偏振化方向第26頁/共56頁檢偏器

檢偏起偏器偏振片對不同偏振態(tài)的作用第27頁/共56頁

自然光通過偏振片后即成為線偏振光，線偏振光的振動方向與偏振片的偏振化方向相同。此時的偏振片稱為起偏器。

若入射自然光的光強為I0，其通過偏振片后，光強降為I0/2。第28頁/共56頁檢偏用偏振器件分析、檢驗光的偏振態(tài)I?P待檢光思考：I不變？是什么光I變，有消光？是什么光I變，無消光？是什么光第29頁/共56頁Malus定律----線偏振光經過檢偏器后的透射光強隨起偏器和檢偏器透振方向間夾角變化的規(guī)律。

二馬呂斯定律（1880

年）注意：偏振片的特點是只允許電振動沿透振方向的光通過自然光通過無吸收的理想偏振片后其強度應減為原來的一半。第30頁/共56頁馬呂斯定律----馬呂斯定律第31頁/共56頁

光強為I1的線偏振光，當其振動方向與偏振片的偏振化方向的成α角時，則透過偏振片的光強為：

注意兩點：①入射光必須是線偏振光，不是自然光；②是與cos2α正比，而不是與cosα

正比。AθI1I第32頁/共56頁

a=0或a=1800時,I2=I1光強最強討論：a=900或a=2700時,I=0光強最弱第33頁/共56頁

a=0或a=1800時,I2=I1光強最強討論：a=900或a=2700時,I=0光強最弱第34頁/共56頁第35頁/共56頁

例有兩個偏振片,一個用作起偏器,一個用作檢偏器．當它們偏振化方向間的夾角為時,

一束單色自然光穿過它們,出射光強為；當它們偏振化方向間的夾角為時，另一束單色自然光穿過它們,

出射光強為

,

且.求兩束單色自然光的強度之比.第36頁/共56頁

解設兩束單色自然光的強度分別為I10

和I20.經過起偏器后光強分別為和經過檢偏器后第37頁/共56頁

在兩塊正交偏振片p1,p3

之間插入另一塊偏振片p2

，光強為I0

的自然光垂直入射于偏振片p1

，討論轉動p2

透過p3

的光強I與轉角的關系.討論第38頁/共56頁第39頁/共56頁第40頁/共56頁若

在間變化，如何變化？END第41頁/共56頁空氣

入射面入射光線和法線所成的平面.

反射光部分偏振光，垂直于入射面的振動大于平行于入射面的振動.

折射光

部分偏振光，平行于入射面的振動大于垂直于入射面的振動.理論和實驗證明：反射光的偏振化程度與入射角有關.三光反射與折射時的偏振玻璃第42頁/共56頁

一.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，反、折射光均成為部分偏振光特點：反射光垂直入射面的振動較強，折射光反之三光反射與折射時的偏振第43頁/共56頁

二.布儒斯特定律1812年布儒斯特發(fā)現(xiàn)，當入射角為某特定值時，反射光為振動方向垂直于入射面的線偏振光布儒斯特角由折射定律第44頁/共56頁----布儒斯特定律說明：

i=i0時，反射光為線偏振光，而折射光仍然是部分偏振光，但此時偏振化程度最高第45頁/共56頁布儒斯特定律（1812年）反射光為完全偏振光，且振動面垂直入射面，折射光為部分偏振光．當時，玻璃空氣第46頁/共56頁使反射光成為全偏振光時的入射角i0稱為布儒斯特角。n2n1

當入射角為布儒斯特角時，反射線和折射線互相垂直，即有第47頁/共56頁(1)反射光和折射光互相垂直.討論第48頁/共56頁

對空氣與玻璃組合的情況，n1

=1.00(空氣)，若n2=1.50(玻璃)，則：

可見，當入射光等于起偏角時，反射光線與折射光線互相垂直。第49頁/共56頁

(2)根據(jù)光的可逆性，當入射光以角從介質入射于界面時，此角即為布儒斯特角.玻璃玻璃第50頁/共56頁注意

對于一般的光學玻璃,

反射光的強度約占入射光強度的7.5%

,

大部分光將透過玻璃.利用玻璃片堆產生線偏振光第51頁/共56頁

讓自然光通過玻璃片堆，可使折射光的偏振化程度增加。玻璃片足夠多時，可使折射光為