第15章 光的偏振概述.ppt

* 第十五章 光的偏振 §15.1 光的偏振态 偏振态： 光矢量在垂直于传播方向的平面内的振动状态。 E H 光的传播方向 光波是横(电磁)波。 光波中光矢量(电场)的振动方向与光的传播方向垂直。 常见偏振态 表示法：用两个独立的(无确定相位关系)、相互垂直的等幅振动来表示。 ? ? ? ? ? 原子发光特点：间歇性和无规则性 1.自然光 光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取0~360?内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占有优势。 表示法： 3.完全偏振光: 将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移去得到的光。 (线偏振光、平面偏振光) ? ? ? ? ? ? ? 2. 部分偏振光: 将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一部分移去得到的光。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表示法： 4 椭圆偏振光 左旋 j2-j1= -p/2 x y x y 右旋 ?2-?1=?/2 5 圆偏振光 光矢量按一定的角频率旋转。其端点轨迹是一个椭圆的光。 光矢量端点轨迹是一个圆的光。 §15.2 偏振片 马吕斯定律 一.偏振片 偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭头“ ” 表示。 将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列并蒸镀在透明基片上,就制成偏振片。 特性: 能吸收某一方向的光振动而仅让与此方向垂直的光振动通过。 偏振片 偏振片 自然光 Io ? ? ? ? 线偏振光 起偏和检偏 起偏器：从自然光获得线偏振光的器件； 检偏器：用于鉴别光的偏振状态的器件。 起偏: 检偏： 光强无变化： ? ? ? ? ? 以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察透过偏振片的光。 光强有变化,但最小值不为零： 光强有变化,但最小值为零(消光)： ? ? ? ? 自然光; 部分偏振光; 线偏振光。 I=k(Eocos?)2 = Iocos2 ? ? Eo Io= kEo2 Eocos? I=Iocos2? ?是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角。 证明： 二.马吕斯定律 内容: 强度为Io的线偏振光，透过检偏片后的光强(不考虑吸收)为 例题15.1 强度为Io自然光连续通过三个偏振片A、B、C，A?C，求最大透射光强。 透射光强: 可见最大透射光强为 自然光 Io ? ? ? ? ? ? ? ? 解: 设A、B偏振化方向间的夹角为?, 有 A B C ? 解: 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光强为I2，则透射光强 即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。 例题15.2 一束光是自然光和线偏振光的混合。通过一偏振片后，测得最大透射光强是最小透射光强的5倍，求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。 一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光： ? ? ? ? ? ? n1 n2 一. 反射获得偏振光 i §15.3 反射和折射时光的偏振 反射光中, 垂直入射面振动多于平行振动; 折射光中, 平行入射面振动多于垂直振动。 二.布儒斯特定律 ? ? ? ? n1 n2 ? ? r io 1815年，布儒斯特由实验证明： 反射光成为只有垂直振动的线偏振光。 角io称为布儒斯特角(或起偏角)。 当入射角是某一个特定角io满足: ? ? ? ? n1 n2 ? ? r io io+r =90? 由折射定律： 显然 即 此时反射光线?折射光线。 一个重要推论： ? ? ? ? ? 1.5 1.5 1.5 1.0 1.0 1.0 1.0 ? ? ? ? ? ? ? ? 一束自然光以起偏角56.30入射到多层平板玻璃上。 三、玻璃片堆（由折射光获得偏振光） 目的：增加折射光的偏振化程度。 ? ? ? ? 空气 1.5 r io 56.30 在玻璃片下表面处的反射，其入射角33.70也正是光从玻璃射向 空气的起偏振角，所以反射光仍是垂直于入射面振动的偏振光。 注意：布儒斯特角不同于全反射的临界角 全反射:入射角i ? i临 都是全反射。由于 故只有n1n2才会发生全反射。 ? ? ? ? n1 n2 ? ? r io 当且仅当 时，反射光才是线偏振光。 且n1n2或n1n2都可以。 n1 n2 (a) i n1 n2 (b) io n1 n2 (c) i n1 n2 (d) io 例题15.3 画出下列图中的反射光和折射光。 例题15.4 (1)平行光以60o的入射角由空气射向一平板玻璃， 发现反射光是完全偏振光, 则折射光的折射角为 。玻璃的折射率为 。