波動光學：光的偏振

關于波動光學：光的偏振第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月光是電磁波，起視覺效應的是電場矢量(光矢量)偏振態(tài):光矢量的振動狀態(tài)五種偏振態(tài)：自然光，線偏振光,部分偏振光,橢圓偏振光,圓偏振光§7-1自然光和偏振光

在垂直于光傳播方向的平面內，沿各個方向都有光振動，且各個方向光矢量的振幅相等的光1.自然光（NaturalLight）第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.線偏振光（LinearlyPolarizedLight）光矢量只沿一個固定方向振動的光(又稱平面偏振光)第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月振動面光矢量3.部分偏振光（PartiallyPolarizedLight）在垂直于光傳播方向的平面內，各方向都有光振動，但振幅不等的光第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月在垂直于光的傳播方向的平面內，光矢量以一定的頻率旋轉。矢量端點軌跡為橢圓時稱其為橢圓偏振光，軌跡為圓時稱其為圓偏振光4.圓偏振光和橢圓偏振光第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月偏振片

§7-2起偏與檢偏馬呂斯定律

偏振片（Polaroid）：吸收某方向光振動，而與其垂直方向的光振動能通過的裝置偏振化方向偏振化方向：能通過光振動的方向一.起偏與檢偏第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月★利用偏振片檢驗光線的偏振化程度，稱為檢偏★自然光通過偏振片后變?yōu)榫€偏振光，稱為起偏起偏檢偏第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二.馬呂斯定律（Maluslaw）

----馬呂斯定律第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

▲=0或

=1800時,I2=I1光強最強討論：▲

=900或

=2700時,I=0光強最弱第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月[例1]兩平行放置的偏振片,偏振化方向成300角,自然光垂直入射后,透射光與入射光的強度之比為多少?(分別討論無吸收和10%的吸收的情況)解：無吸收時根據(jù)馬呂斯定律第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月10%吸收時第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月[例2]如圖,偏振片P1、P2，現(xiàn)以I1的自然光和I2的線偏振光同時垂直入射于P1，在E處觀察通過P1和P2后的光強。(1)P1任意放置,將P2以光線方向為軸轉動一周,計算并討論這時在E處所觀察到的光強變化情況；(2)要在E處得到最大光強,應如何實現(xiàn)?解：設P1、P2的偏振化方向夾角為入射線偏振光振動方向與P1的偏振化方向夾角為第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月線偏振光：因I1〞和I2〞是非相干光即在E處觀察到的光強隨P2的轉動而周期性變化對自然光：第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月在E處得到最大光強，須同時滿足則時時第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§7-3反射和折射時光的偏振一.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，折射光反之第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二.布儒斯特定律布儒斯特角由折射定律◆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---布儒斯特定律第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月說明：★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，可使折射光為完全偏振光★反射光光強較弱，折射光較強(它包含了全部的平行分量和大部分的垂直分量)★i=i0=tg-1n21時，反射光為線偏振光，而折射光仍然是部分偏振光,反射光與折射光垂直。第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月布儒斯特窗：第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月[例3]將一介質平板放在水中,板面與水平面的夾角為，如圖。已知折射率n水=1.333，n介質=1.681，要使水面和介質面反射光均為線偏振光,求解：如圖所示根據(jù)布儒斯特定律第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月又第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月1669年，巴托里奴斯（Bartholinus）發(fā)現(xiàn)：通過方解石（冰洲石，即CaCO3）觀察物體時，物體的像是雙重的。各向異性媒質（如方解石，石英等）時，將產生特殊的折射現(xiàn)象。各向同性媒質（如空氣，水，玻璃等）中遵從折射定律。一.雙折射現(xiàn)象（DoubleRefraction）

雙折射雙折雙折方解石晶體尋常光(o光ordinary)：遵守折射定律非常光(e光extraordinary)：不遵守折射定律§7-4光的雙折射現(xiàn)象第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月★當方解石晶體旋轉時，o光不動，e光圍繞o光旋轉第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二.雙折射光的偏振特點1.概念★只有一個光軸(如方解石、石英)的晶體為單軸晶體；有兩個光軸(如云母、硫磺)的晶體為雙軸晶體★光軸(OpticalAxis)

：光線在晶體中沿某一方向傳播時不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這一方向稱為晶體的光軸102°AD78°102°102°102°78°如：天然方解石晶體第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

★主平面（principalplane）：e光光軸o光光軸··o光的主平面e光的主平面晶體中光的傳播方向與晶體光軸構成的平面。說明(1)光軸在入射面時，o光主平面和e光主平面重合。(2)一般情況兩個主平面并不重合。(3)o光和e光的光矢量方向相互垂直。第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月光軸法線o光e光e光不一定在入射面內，o光和e光的主平面并不重合2.特點★o光和e光均為線偏振光★

o光的振動方向垂直于它自己的主平面，e光的振動方向平行于它自己的主平面第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月o光光軸★光軸位于入射面內,o光和e光主平面重合(一般夾角很小)，此時o光與e光的振動方向相互垂直光軸e光光軸第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.雙折射現(xiàn)象的解釋原因:o光在晶體內的速度是各向同性的,而e光卻是各向異性的o光：子波波面為球面.e光：子波波面為橢球面第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月正晶體(positivecrystal)

負晶體(negativecrystal)

兩光線只有在光軸方向速度相等，故兩球面在光軸處相切。第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月光軸光軸惠更斯原理解釋（光軸在入射面內）斜射至晶體表面的平面波（光軸與表面斜交）平面波⊥入射（光軸與表面斜交）第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月光軸光軸平面波⊥入射，而光軸與晶體表面平行平面波⊥入射，而光軸與晶體表面垂直第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月加拿大樹膠四.尼科爾棱鏡方解石晶體第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月光軸對e光，疏密對o光，密疏全反射線偏振光第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月oeⅠⅡⅠⅡe光o光o光e光五、渥拉斯頓棱鏡出射的是兩束分得很開的振動方向相互垂直的線偏振光第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月六、晶體的二向色性二向色性：某些晶體對振動垂直的o光和e光有不同