光電測試技術(shù)光的偏振及檢測技術(shù)

光的偏振及檢測技術(shù)11/27/20241線偏振光自然光1、自然光特點(diǎn)（1）在垂直光線的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動(dòng)的概率均等.

XYZ自然光可以用下圖表示E沒有優(yōu)勢方向這種大量振幅相同、各種振動(dòng)方向都有、彼此沒有固定相位關(guān)系的光矢量的組合叫非偏振光或自然光。11/27/20242Ex

和Ey無固定關(guān)系:它們是彼此獨(dú)立的振動(dòng),總光強(qiáng)——非相干疊加EyEx（2）自然光可以分解為兩束等振幅的、振動(dòng)方向互相垂直的、不相干的線偏振光。自然光的分解11/27/202432、線偏振光振動(dòng)面u光矢量（）只在一個(gè)固定平面內(nèi)沿單一方向振動(dòng)的光叫線偏振光（也稱平面偏振光）。光振動(dòng)方向與傳播方向

決定的平面稱為振動(dòng)面.

·線偏振光表示法11/27/20244線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解:Ex,Ey的大小依賴于x,y方向的選取。線偏振光可以看成兩個(gè)相互垂直的同頻率的簡諧振動(dòng)的合成，它們的相位差是EEyEx

yx

光的偏振性說明了:光是橫波。11/27/202453.部分線偏振光完全偏振光和自然光是兩種極端情形，介于二者之間的一般情形是部分偏振光。部分偏振光可以看成自然光和線偏振光的混合。xyz部分偏振光及其表示法垂直紙面的光振動(dòng)較強(qiáng)在紙面內(nèi)的光振動(dòng)較強(qiáng)11/27/20246橢圓偏振光,圓偏振光----同一方向傳播的兩列振動(dòng)方向垂直頻率相同并具有相位差恒定的線偏振光的合成。回憶11/27/20247注意：圓偏振光和自然光的區(qū)別；橢圓偏振光和部分偏振光的區(qū)別！橢圓偏振光,圓偏振光11/27/20248可以等效地由同一傳播方向

的兩個(gè)振動(dòng)方向垂直（在

垂直傳播方向的平面上任

意去取向）的線偏振光代替

---------對于自然光：這兩線偏振光振幅相同頻率相同，各光振動(dòng)之間沒有確定的相位關(guān)系；對于完全偏振光：這兩線偏振光頻率相同，分別對于有確定的相位關(guān)系.五種偏振態(tài)：自然光部分偏振光橢圓偏振光圓偏振光線偏振光11/27/20249偏振片的起偏和檢偏一、起偏起偏的原理:利用某種形式的不對稱性,如（1）物質(zhì)的二向色性，（2）散射，（3）反射和折射，（4）雙折射….從自然光獲得偏振光叫“起偏”，相應(yīng)的光學(xué)器件叫“起偏器”。11/27/202410偏振片是利用晶體的二向色性起偏。（對某一方向的光振動(dòng)有強(qiáng)烈吸收）偏振片（Polaroid）1928年一位19歲的美國大學(xué)生（E.H.Land）發(fā)明的。是由自然光獲得線偏振光的平面片狀器件，通常用P表示。例如，把硫酸碘奎寧的針狀粉末有序地蒸鍍在透明的基片上。11/27/202411用偏振片起偏,在忽略偏振片的吸收的情況下出射光強(qiáng)xyzz線柵起偏器入射電磁波起偏原理類似于導(dǎo)電線柵的作用。(如把富含自由電子的碘附在拉伸的塑料薄膜上）11/27/202412二、檢偏用偏振器件分析、檢驗(yàn)光束的偏振狀態(tài)稱“檢偏”。偏振片既可“起偏”又可“檢偏”。設(shè)入射光可能是自然光、線偏振光或部分偏振光，如何用偏振片來區(qū)分它們？以光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)P:

I不變—？I變，有消光—？I變，無消光—？自然光線偏振光部分偏振光I?P待檢光11/27/202413起偏器檢偏器一般情況下

I=？11/27/202414.....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11/27/202415.....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11/27/202416.....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11/27/202417.....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11/27/202418.....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11/27/202419.....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)生變化兩偏振片的偏振化方向相互垂直光強(qiáng)為零11/27/202420.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光11/27/202421.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變11/27/202422.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變11/27/202423.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變11/27/202424.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變11/27/202425.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變11/27/202426P

I0IPE0

E=E0cos

馬呂斯定律（1809）——消光三、馬呂斯定律線偏振光經(jīng)過偏振片前后的光強(qiáng)關(guān)系11/27/202427例題17-13用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。在它們的偏振化方向成300角時(shí)，觀測一光源，又在成600角時(shí)，觀察同一位置處的另一光源，兩次所得的強(qiáng)度相等。求兩光源照到起偏器上光強(qiáng)之比。解:令I(lǐng)1和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強(qiáng)。透過起偏器后，光的強(qiáng)度分別為I1/2和I2/2。按照馬呂斯定律，透過檢偏器后光的強(qiáng)度為所以但按題意即

11/27/202428光強(qiáng)為I0的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強(qiáng)為I0/8，已知P1

P3，問：P1、P2間夾角為何？解分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例題11/27/202429布儒斯特角反射光——垂直入射面振動(dòng)的成分多。折射光——？部分偏振光偏振光§14.12反射和折射光的偏振11/27/202430布儒斯特定律互余空氣→玻璃玻璃→空氣??t??yü°==°==--

42’3350.100.1

18’5600.150.1

1010tanitani11/27/202431平行玻璃板上表面反射光是偏振光.？注意：上表面的折射角等于下表面的入射角通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反射獲得較強(qiáng)的偏振光，你有什么好主意？下表面的反射光是否也是偏振光？！=11/27/202432玻璃片堆要提高反射線偏振光的強(qiáng)度，可利用玻璃片堆的多次反射?？諝狻Ａ?/p>

0°=

42’33

i’玻璃→空氣

0°=

18’56ii’0i0i0i’0i’0················i0··············玻璃片堆11/27/202433

應(yīng)用：②

制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。③若在所有汽車前窗玻璃和大燈前都裝上與地面成45角、且向同一方向傾斜的偏振片，可以避免汽車會(huì)車時(shí)燈光的晃眼。①測量不透明介質(zhì)的折射率？11/27/202434

④在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時(shí)，去掉反射光的干擾未裝偏振片裝偏振片11/27/202435

一、雙折射現(xiàn)象各向同性媒質(zhì)：在其中傳播的光，沿各個(gè)方向速度相同。各向異性媒質(zhì)：在其中傳播的光，沿不同方向速度不同。石英、方解石、水晶、玉石……eo雙折射現(xiàn)象遵守—尋常光（o）—no不遵守—非常光（e）—n注意：尋常、非常指光在折射時(shí)是否遵守折射定律，o光、e光也只在晶體內(nèi)部才有意義。光的雙折射

11/27/202436尋常光（O光）和非常光（e光）?尋常光：對于晶體一切方向都具有相同的折射率（即波速相同），且在入射面內(nèi)傳播，簡稱它為O光。??非常光：它的折射率（即波速）隨方向而變化，并且不一定在入射面內(nèi)傳播，簡稱為e光。

O光振動(dòng)方向垂直于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面。

e光振動(dòng)方向平行于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面。11/27/202437O.A.oo光的振動(dòng)垂直o光的主平面e光的振動(dòng)在e光的主平面內(nèi)e三、o光e光的振動(dòng)方向光o光e光軸皚71方解石11/27/202438二、光軸主平面主截面主截面—由晶體的光軸與表面法線決定。主平面—由光軸與光線決定。o光振動(dòng)

垂直于o光的主平面。e光振動(dòng)

平行于e光的主平面。光軸—晶體中的方向，沿此方向o、e光速度相同—無雙折射。單光軸晶體：石英、方解石雙光軸晶體：云母、黃玉…oe當(dāng)入射面和主截面重合時(shí)o光、e光的主平面、主截面三者重合。11/27/202439v0三、主速度、主折射率沿光軸方向e、o光速度相同負(fù)晶體正晶體vo、ve

稱晶體的主速度，相應(yīng)的折射率no、ne

稱晶體的主折射率.vevevo11/27/202440尼科耳棱鏡光軸在ACNM平面內(nèi)方向與AC成480，入射面取ACNM面兩塊特殊要求加工的直角方解石，如圖：加拿大樹膠的折射率n=1.55，O光入射角大于其臨界角arcsin(1.55/1.658)=69012’，被全反射，在CN處為涂黑層所吸收。出射偏振方向在ACNM平面內(nèi)的偏振光。方解石的折射率n0=1.658,ACNM?e?760O22068011/27/202441沃拉斯頓棱鏡兩塊直角方解石光軸相互垂直方解石

e光從光密到光疏折射光要偏離法線ABD??eOCO????e?11/27/202442光的雙折射在各向同性的介質(zhì)中S’是點(diǎn)物S的象天然方解石晶體是雙折射晶體方解石晶體的雙雙折射雙實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二AB11/27/202443光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體三.光在晶體中的傳播,雙折射光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體ZZ請你練習(xí)

畫出自然光垂直通過洛匈棱鏡（方解石磨制）o光、e光的傳播方向，振動(dòng)方向！o光e光o光e光11/27/202458對o光和e

光的吸收有很大差異。電氣石Z1mm厚的電氣石可將o光吸收凈，e光卻有剩余——可制成偏振片。3、二向色性晶體11/27/202459對嗎？例題

用方解石切割成正三角形截面的棱鏡，自然光以i角入射，定性畫出o光、e光的振動(dòng)方向，傳播方向。光軸

解：方解石——負(fù)晶體——垂直光軸方向ve>voo光

e光i

e光o光

o光、e光只在晶體內(nèi)部才有意義！只有在晶體內(nèi)部才有意義11/27/202460光彈效應(yīng)(Photoelasticity)

各向同性或異性材料在外力作用下可產(chǎn)生各向異性的變化，

例如：玻璃或塑料 拉伸或壓縮 各向異性

應(yīng)力分析------光彈力學(xué)

工程應(yīng)用干涉色的分布 受力分布

通常情況下，拉伸