清华大学-大学物理(普通物理)--3-光的偏振.pptxVIP

波动光学第5章光的偏振2005年秋季学期陈信义编 ·光矢量E向方播传E面对光的传播方向看面动振 yEEy?xEx·····光振动垂直板面光振动平行板面§5.1 光的偏振状态?光矢量垂直于传播方向一、完全偏振光1、线偏振光（linearly polarized light）线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：线偏振光表示法：观测观测右旋椭圆偏振光右旋圆偏振光 y y传播方向Ex 0x z ? /2某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化2、圆偏振光（circularly polarized light）椭圆偏振光（elliptically polarized light） 线、圆和椭圆偏振光 ? 完全偏振光 y y0，相位差不等于x，y振幅相同，x? /2，?，3? /2x??·圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、振动方向相互垂直、相位差传播方向一致、为某个确定值的线偏振光的合成。相位差? /2或3? /2和 2?线偏振光则可以看成是两束频率相同、相位相同、振幅相同、传播方向也相同的左、右旋圆偏振光的合成。不相干没有优势方向自然光的分解···二、完全非偏振光?自然光（natural light）一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。自然光的表示法：不相干分解········垂直板面的光振动较强平行板面的光振动较强三、部分偏振光 自然光和完全偏振光的混合，就构成了部分部分偏振光可看成是自然光和线偏振偏振光。天空中的散射光和水面的反射光光的混合，它可以分解如下：就是这种部分偏振光，表示法：四、偏振度（degree of polarization） 偏振度：It —部分偏振光的总强度Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度In —部分偏振光中包含的自然光的强度完全偏振光 （线、圆、椭圆） P = 1自然光 （ 非偏振光） P = 0部分偏振光 0 P 1光轴电气石晶片微晶型：线偏振光非偏振光···线栅起偏器分子型： 入射电磁波§5.2 线偏振光的获得与检验一、起偏：从自然光获得偏振光起偏器（polarizer）：起偏的光学器件起偏的原理：利用某种光学的不对称性偏振片（Polaroid）P（获得线偏振光）（常用）P···E0P P??E = E0cos? 线偏振光的起偏非偏振光I0线偏振光 I 偏振化方向 （通光方向）二、马吕斯定律（Malus law）I0I? 马吕斯定律（1809）— 消光P待检光I?旋转三、线偏振光的检偏检偏：用偏振器件检验光的偏振态设入射光可能是自然光或线偏振光或由线偏振光与自然光混合而成的部分偏振光 若 I 不变，是什么光？ 若 I 变，有消光，是什么光？ 若 I 变，无消光，是什么光？【演示】线偏振光的起偏和检偏四、偏振片的应用偏振片的应用很多，例如：作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。制成偏光眼镜，可观看立体电影。若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成45?角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼。·P 分量·····iin1·S 分量·n2r·自然光反射和折射后成为部分偏振光§5.3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振一、反射和折射时光的偏振反射光垂直入射面的分量（S）比例大，折射光平行入射面的分量（P）比例大，?反射、折射光的偏振度也变。入射角i 变线偏振光···i0i0···n1·S·n2r0·i = i0 时，反射光只有S分量：i0 +r0 = 90? i0 — 布儒斯特角（Brewster angle）或 起偏角由 得布儒斯特（Brewster）定律 （1812年）n2 =1.50（玻璃），若 n1 =1.00 （空气），···i0·i0······i0i0··激光输出··M2M1布儒斯特窗则：例：外腔式激光管加布儒斯特窗减少反射损失 垂直分量损耗大，不能形成激光，但平行分量能形成激光。【思考】如何测量不透明介质的折射率？有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰线偏振光···i0i0···n1·S·n2r0P·对布儒斯特定律的定性解释： 折射光波在第二种介质中激起电子做受迫振动，振动方向沿光矢量方向。振动的原子可看做是电偶极子辐射次波，这些次波传回第一种介质相干叠加形成反射波。 当以布儒斯特角入射时，反射光垂直于折射光。在入射点处，P分量的振动方向正好沿着反射光线的方向，因电磁波是横波，所以反射光只有S分量。 但单次反射的反射光强太低（只占15％），而且方向发生变化，使用不方便。因此更多利用 时的折射光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。当 时反射光是线偏振的，可用来起偏。·线偏振光················i0·············玻璃片