大学物理第24章光的偏振教案分析.ppt

* * * 偏振片的发展历史： “线栅”——早期的偏振片雏形（用于微波通讯）：在金属丝的方 向上，微波的电矢量（场强）被吸收，垂直方向上的电矢量可以通过。 1928年，Land发明实用偏振片：将针状粉末的“硫酸碘奎宁”晶体 有序地蒸镀在透明基片上。在针状粉末的纵向方向上，光矢量（电场强 度）被吸收，而垂直方向上的光矢量被允许透过去。 1938年，改用聚乙烯醇薄膜，通过加热拉伸工艺使其内部的碳氢化 合物分子排列成长链，在将薄膜浸入富含碘的溶液中，碘原子就附在长 分子上形成“碘链”。由于每条碘链上自由电子的导电作用，在碘链的 方向上的光矢量被吸收（碘链视为细导线），垂直与碘链的光矢量可以 通过偏振片。这种器件制备工艺简单，成本低廉，易于保存。但性能不 够理想。 * * * * * Brewster于1812年由实验给出其实验定律。事实上，反射光的偏振 特性已于3年前由Malus发现， Brewster角与折射率的关系式是Brewster 建立的。 Brewster的结论也作为1817年Fresnel等人指出光的横波性实验 依据之一。 后来，Maxwell建立光的电磁波理论（1860’s）后，利用电磁场的 边值关系导出了 Brewster 的结论，而且给出了更详细的内容（任意入 射角情形下的反射/折射光的偏振情况）。 * * * * * 第24（10）章光 的 偏 振 本章主要内容 §24-1 光的偏振状态 §24-2 线偏振光的获得与检验 §24-3 反射和折射时光的偏振 第二十四章 光的偏振 第二十四章 光的偏振 所谓偏振是指：光矢量总是与光的传播方向垂直的特性。 事实上就是电磁波的横波性 光矢量总是处于振动态 ? 振动方向 光实质上是电磁波，电磁波都是横波。通常把光波中的电场强度 称为光矢量。 对确定的传播方向，光矢量可能的方向并不唯一。 光矢量 传播方向 光矢量 振动方向 §24-1 光的偏振状态 偏振态——光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布） ? 非偏振光——自然光 non-polarized /natural light 光矢量角分布均匀 在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定的相位关系。 非偏振光完全偏振光部分偏振光 通常光有三类不同的偏振态： 各原子发出的波列是随机的(振动方向、初相、频率)， 由于我们的观察时间一般比原子每次的发光时间（10-8）长得多。因此在观测时间内，实际接收到的是大量的波列，各方向都有，呈轴对称性。 普通光源发出的光都是非偏振光。 光矢量角分布均匀 自然光示意图 所有光矢量的强度在任意两个垂直的方向上的分量之和相等。即，自然光可用两个垂直的振幅相等 的光振动（无相位关系）来表示。 光矢量投影 ? 完全偏振光 ? 线偏振光 linearly polarized light 光矢量有单一的振动方向 线偏振光示意图 偏振面 在垂直于传播方向的平面上，光矢量 E 只沿一个固定的方向振动,这种光叫线偏振光. ? 椭圆偏振光和圆偏振光 光矢量均匀转动（以光的频率） 轨迹为椭圆或圆 实际为相差为 ?/2 两垂直方向线偏振光的合成 . . 左旋光 右旋光 分 椭圆偏振光: 光矢量 E 在沿着光的 传播方向前进的同时,还绕着传播方 向均匀转动.如果光矢量的大小不断 改变(不变), 使其端点描绘出一个 椭圆(圆). ? 部分偏振光 partial polarized light 光矢量振动方向的角分布不均匀 部分偏振光示意图 光矢量投影 自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见§24-3 部分偏振光可视为自然光与线偏振光的叠加。 = + §24-2 线偏振光的获得与检验 1. 线偏振光的获得与检验 光矢量能够通过的那个振动方向称为通光方向或偏振化方向。 ? 线偏振光的获得 自然光通过偏振片可以获得线偏振光。 偏振片用于获得线偏振光时称为起偏器。 二向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。 自然光I0 线偏振光I=I0/2 自然光I0 线偏振光 I=I0/2 线偏振光 I’ I ? 偏振片—能够吸收一个方向的光矢量而让另一个与其垂直 的光矢量通过，从而获得线偏振光的器件。 偏振片用于检验偏振状态时称为检偏器。 ? 线偏振光的检验 转动用于检验的偏振片观察透射光。当其偏振化方向与入射的线偏振光振动方