光的偏振課件

第十八章光的偏振§18-1偏振光和自然光一、線偏振光電磁波中E矢量始終沿某一方向的振動(dòng)。yzx(a)(b)振動(dòng)方向在紙面內(nèi)(c)振動(dòng)方向垂直紙面?zhèn)鞑シ较騻鞑シ较蚱胀ㄎ锢斫贪?/p>

1二、自然光局部偏振光振動(dòng)面在空間各個(gè)方向高速隨機(jī)變化的光稱為自然光。無固定相位差yxyx傳播方向傳播方向自然光表達(dá)普通物理教案

2介于自然光和線偏振光之間的一種偏振光稱為局部偏振光傳播方向部分偏振光表達(dá)§18-2起偏和檢偏馬呂斯定律一、起偏和檢偏當(dāng)機(jī)械橫波通過一狹縫時(shí)，如狹縫方向與機(jī)械橫波的振動(dòng)方向相同時(shí)，此橫波可通過狹縫，當(dāng)狹縫方向與機(jī)械橫波的振動(dòng)方向相垂直時(shí)，此此橫波就不能通過狹縫，見圖；普通物理教案

3（a）（b）普通物理教案

4與機(jī)械波相仿，對于光波我們也可找到類似的“狹縫〞，使自然光通過此狹縫后，稱為線偏振光，對此“狹縫〞稱為起偏器。用做起偏器的是一種具有稱為“二向色性〞的物質(zhì)，例如1mm厚的電氣石薄片就幾乎可將某一方向的光全部吸收。利用“二向色性〞物質(zhì)所制成的薄片稱為偏振片，其中能夠讓光通過的特定方向稱為偏振化方向。偏振光獲得后，檢查某光線是否偏振光時(shí)，也用偏振片，偏振片的偏振化方向與偏振光的振動(dòng)方向垂直時(shí)，偏振光就不能通過該偏振片。普通物理教案

5二、馬呂斯定律（a）（b）P1P2起偏和檢偏普通物理教案

6解：當(dāng)自然光通過P1時(shí)，t時(shí)刻，P2轉(zhuǎn)過的角度t，當(dāng)線偏振光I1透過P2時(shí)，當(dāng)線偏振光I2再透過P3時(shí)普通物理教案

9其中，α=ωt，證畢。普通物理教案

10§18-3反射和折射時(shí)光的偏振現(xiàn)象一、由反射和折射產(chǎn)生局部偏振光當(dāng)光線在兩種介質(zhì)n1、n2的交界面上發(fā)生反射和折射時(shí)，反射光和折射光都將成為局部偏振光，反射光中垂直振動(dòng)面的光矢量加強(qiáng)，透射光中平行振動(dòng)的光矢量加強(qiáng)。iirn1n2普通物理教案

11二、布儒斯特定律iBiB900I=I0×15%r當(dāng)光線以iB入射時(shí)，iB滿足：此式稱為布儒斯特定律：此時(shí)，反射光線成為完全偏振光，折射光線成為局部偏振光。普通物理教案

12布儒斯特定律的應(yīng)用：玻璃堆效應(yīng)：iB反射光折射光激光器中的布儒斯特窗iB布儒斯特窗布儒斯特窗普通物理教案

13§18-4光的雙折射現(xiàn)象一束光線進(jìn)入方解石晶體后，分裂成兩束光線，它們沿不同方向折射，這種現(xiàn)象稱為雙折射。求是求是方解石的雙折射現(xiàn)象一、雙折射現(xiàn)象⒈尋常光和非常光光線進(jìn)入晶體后，分成兩束，其中一束遵守折射定律，稱為尋常光線〔o光〕，另一束不遵守折射定律，稱為非常光線〔e光〕。普通物理教案

14⒉晶體的光軸與主平面晶體中存在一個(gè)方向，光沿該方向傳播時(shí)，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，稱該方向?yàn)榫w的光軸。方解石中有兩個(gè)頂點(diǎn)A、D，其棱邊之間的夾角各為1020，從A或D引出一直線，與晶體各鄰邊等角，此直線便是光軸，與光軸平行的直線都是光軸，晶體中僅有一個(gè)光軸的稱單軸晶體，有兩軸的稱雙軸晶體。光軸AD1020102010201020780780晶體的光軸普通物理教案

15光線與光軸組成的平面稱為主平面。O光的振動(dòng)垂直它的主平面，e光的振動(dòng)平行它的主平面。當(dāng)光軸位于入射面內(nèi)時(shí)，o光和e光的主平面重合。iABCDoeeo斜入射垂直入射尋常光和非常光普通物理教案

16二、雙折射現(xiàn)象的解釋⒈單軸晶體中光波的波陣面尋常光線在晶體中傳播速度相同，所以波陣面為球面，而非常光線在晶體中傳播速度不同，垂直于光軸的速率最大〔或最小〕，波陣面為旋轉(zhuǎn)橢球面。兩光速在沿光軸傳播時(shí)，速度相同。當(dāng)v0>ve_—稱為正晶體〔石英〕，當(dāng)v0<ve_—稱為負(fù)晶體〔方解石〕。e波面o波面光軸v0vev0ve正晶體負(fù)晶體普通物理教案

17通常將ne=c/ve稱為e光的主折射率，no=c/vo稱為o光的主折射率。對于正晶體，ne>no、對于負(fù)晶體ne<no⒉晶體中o光和e光的傳播應(yīng)用惠更斯原理，對單軸晶體的幾種情況，用作圖法確定o光和e光的傳播方向。⑴平行光斜入射晶體表面（光軸在入射面內(nèi)且與晶面斜交）12eooe光軸方向ABCDF界面普通物理教案

18光軸方向界面AB⑵平行光正入射晶體表面（光軸在入射面內(nèi)且垂直于界面）光軸方向界面AB⑶平行光正入射晶體表面（光軸在入射面內(nèi)但平行于界面普通物理教案

19BAC界面光軸方向⑷平行光斜入射晶體表面（光軸垂直入射面且與界面平行）三、晶體光學(xué)器件⒈尼科耳棱鏡尼科耳棱鏡是由兩塊方解石晶體經(jīng)特殊切割后再用加拿大樹膠粘合而成，其中樹膠的n=1.55,方解石的o光no=1.658,e光ne=1.486,對樹膠o光以760入射，no已滿足全反射條件sinφ=1.55/1.658,φ=69.20普通物理教案

20oooeeeeMNACS220900480680⒉渥拉斯頓〔W.Wollaston〕棱鏡ir1r2兩光軸相互垂直的方解石直角棱鏡組成，其作用是將o光和e分的較開。普通物理教案

21⒊波晶片光軸αd波晶片是雙折射晶體制成的厚度均勻的平板，光軸與平板平行。o光e光在平板內(nèi)傳播，由于折射率不同，將產(chǎn)生光程差：設(shè)晶片的厚度為d，那么兩光的程差：相應(yīng)的位相差為：普通物理教案

22適中選取d，可制成不同規(guī)格的波晶片。⑴四分之一波片o光和e光通過該波片能產(chǎn)生λ/4的光程差。⑵二分之一波片o光和e光通過該波片能產(chǎn)生λ/2的光程差。普通物理教案

23xyEyExExyoE晶片光軸z§18-5橢圓偏振光一個(gè)偏振光垂直入射晶片后將分為o光和e光，從晶片出射的光將成為兩束沿同一方向傳播的，振動(dòng)方向垂直的，由恒定位相差的偏振光，此兩光的合振動(dòng)矢量，其端點(diǎn)軌跡一般為橢圓，稱橢圓偏振光。普通物理教案

24獲得橢圓偏振光的裝置：SPCdαα光軸AAeAo偏振片P產(chǎn)生的偏振光進(jìn)入晶片后產(chǎn)生兩相互垂直的偏振光，振幅分別為Ao=Asinα、Ae=Acosα,穿過d后，位相差為：普通物理教案

25上式中，如晶片為負(fù)晶片，那么no>ne。適中選取晶片厚度，可得：=k——產(chǎn)生線偏振光；=任意角度——產(chǎn)生橢圓偏振光；假設(shè)α=450，=/2、3/2〔Ae=Ao〕那么為圓偏振光。即四分之一波片產(chǎn)生圓偏振光。普通物理教案

26如果：即二分之一波片產(chǎn)生線偏振光。此時(shí)假設(shè)入射偏振光與光軸的夾角為α，那么出射光的振動(dòng)方向與入射光得振動(dòng)方向成2α角。α光軸AAeAoαA'普通物理教案

27§18-6偏光干預(yù)及其應(yīng)用一、偏振光的干預(yù)⒈兩偏振片的偏振化方向正交在兩正交的偏振片之間放一晶片透過該系統(tǒng)后兩偏振光的振幅矢量為A2e、A2o那么：普通物理教案

SP1CdαP2光軸AAe1Ao1Ao2Ae228由于：代入上式，得：光軸P1P2αβAe1Ae2Ao2Ao1普通物理教案

29經(jīng)上述系統(tǒng)后，出射得兩偏振光大小相等，方向相反，相當(dāng)于π的附加位相差，總位相差為：⒉兩偏振片的偏振化方向平行普通物理教案

30光軸P1P2αβAe1Ae2Ao2Ao1假設(shè)兩偏振片P1、P2平行，那么：兩束光得相位差：普通物理教案

31二、顯色偏振兩束相干偏振光的相位差是隨晶片厚度d變化的。用單色自然光垂直入射上述實(shí)驗(yàn)裝置，當(dāng)晶片厚度均勻時(shí)，屏上將呈現(xiàn)一片強(qiáng)度分布均勻的亮光，沒有干預(yù)條紋。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的晶片，即改變?chǔ)两?，?qiáng)度發(fā)生變化。假設(shè)用白光照射，一些波長的光滿足相長干預(yù)條件，另一些滿足相消干預(yù)條件，因此屏上出現(xiàn)對應(yīng)的色彩。假設(shè)旋轉(zhuǎn)晶片或檢偏器P2，出射光的顏色也隨之變化，這種現(xiàn)象稱為顯色偏振。普通物理教案

32在P1與P2相互正交的偏光干預(yù)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)入射于P2的偏振光已是圓偏振光時(shí)，在視場E處的振幅矢量的量值如何？如果P1與P2不相正交，那么又如何？解：按題意，入射于偏振片的偏振光已是圓偏振光，所以：并且：例題2：普通物理教案

33如果P1與P2相互正交，那么視場E處的振幅矢量：普通物理教案

34結(jié)果說明，圓偏振光入射偏振片時(shí)，偏振片旋轉(zhuǎn)一周，透射光的光強(qiáng)不會(huì)變化。光軸P1P2αβAe1Ae2Ao2Ao1如果P1與P2不相正交，P2和晶片C的光軸成β角，那么視場E處的振幅矢量：普通物理教案

35§18-7人為雙折射一、光彈性效應(yīng)一些非晶體物質(zhì)〔如塑料、環(huán)氧樹脂〕在機(jī)械應(yīng)力作用下，會(huì)變?yōu)楣鈱W(xué)各項(xiàng)異性物質(zhì)，出現(xiàn)雙折射現(xiàn)象，此現(xiàn)象成為——光彈性效應(yīng)。SP1FdP2F屏普通物理教案

36非晶體的受力方向相當(dāng)于光軸方向，當(dāng)P1與該方向成450角時(shí)，偏振光經(jīng)此“晶體〞將成為o光e光，在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，有：光測彈性干涉圖樣普通物理教案

37二、電光效應(yīng)SP1P2+_克爾盒1875年克爾〔J.Kerr〕發(fā)現(xiàn)，一些非晶體或液體在強(qiáng)電場作用下，顯示出雙折射現(xiàn)象，在以下圖的裝置中，不加電場，光不能透過P2后，而一加電場，P2處就有光透出。⒈克爾效應(yīng)普通物理教案

38k為克爾系數(shù)，與液體種類和波長有關(guān)，假設(shè)電極板長度為l，那么克而效應(yīng)慣性極小，反響時(shí)間只需10-9秒，因而常被用做電光開關(guān)，如產(chǎn)生脈沖激光。o光e光的折射率之差與所加電場的關(guān)系：普通物理教案

39⒉泡克耳效應(yīng)一些晶體在自由狀態(tài)下是單軸晶體，但在電場作用下變成雙軸晶體，沿原來的光軸方向產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，此效應(yīng)稱泡克耳效應(yīng)。泡克耳效應(yīng)弛豫時(shí)間更短，且與外加電場成正比，在相同條件下電場比克爾盒低5~10倍?！?8-8旋光效應(yīng)偏振光通過一些透明物質(zhì)后，振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種現(xiàn)象成為旋光現(xiàn)象，這種物質(zhì)成為旋光物質(zhì)。普通物理教案

40SP1P2φ旋光效應(yīng)滿足公式：φ=ada稱為旋光率，d旋光物質(zhì)