光学《蔡履中》第二章.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 出海捕鱼的渔民为了看清水里的鱼通常佩戴偏振太阳镜； 开车的司机也常常佩戴偏振太阳镜以减少眩目反光的影响。 将偏振片旋转90度的观察效果截然不同 偏振镜在摄影中的应用 偏振光在摄影中是有害的。玻璃表面的反射光，使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼，树叶表面的反射光使树叶变成白色，等等。晴空的蓝天在与太阳方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光，它使蓝天变的不那么幽深。如果消除了这些偏振光，许多照片会显得颜色更加饱和，画面更加清晰。 荧屏视保屏 液晶显示器 立体电影 在拍摄立体电影时,两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得到立体感。 为此，在放映时，两个放像机每个放像机镜头上放一个偏振片，两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了。 人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支单眼、两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。 蜜蜂的舞步 再如在沙漠中，如果不带罗盘，人是会迷路的，但是沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 自然光通过理想偏振片 自然光的光强表示： 自然光通过理想偏振片 线偏振光通过理想偏振片——马吕斯定律（1809年） 马吕斯定律 ?=0 最大值 消光 ?=?/2 椭圆偏振光通过理想偏振片 将I 看作? 的函数，可得光强取极值时偏振片相应的角位置 极值条件 极大值和极小值分别对应椭圆的长轴方向和短轴方向 若偏振片与长轴夹角为?，则有 对于圆偏振光，则有 部分线偏振光通过理想偏振片 将部分偏振光表示为极大光强和极小光强两个正交分量 利用线圆模型，也可将透射光强表示为 例：2.4.1通过一理想偏振片观察部分偏振光，当偏振片从最大光强方位转过30o时，光强变为原来的7/8，求 （1）此部分偏振光中线偏振光与自然光强度之比； 解: （2）入射光的偏振度； （3）旋转偏振片时最小透射光强与最大透射光强之比； （4）当偏振片从最大光强方位转过60时的透射光强与最大光强之比； 光在两种各向同性介质界面的反射与折射 以入射面为基准，任一振动可分解为两个正交振动。其中 垂直入射面的为s态，在入射面内的称为p态。E为s态称为横向电偏振，TE波；H为s态的波称为横向磁偏振,TM波。任意偏振态的入射光可看成TE和TM波的叠加。 菲涅耳公式推导 对于TE波，由切向分量连续的边界条件可以得到： 对于非磁性介质 同理，对于TM波可推出： 利用折射定律，可改写为： 菲涅耳公式 r、t分别代表相应光的振幅反射率和振幅透射率。其值可以为负值，包含了相位的因素。 ei?=-1 为将rs、ts、rp、tp表示为入射角i1的函数，可用折射定律消去i2，可得 n21相对折射率 三个特殊的入射角 （1）正入射时无论内反射（n2n1),还是外反射（n2n1)均有: （2）无论内反射还是外反射,都存在ib（布儒斯特角） 当入射角为ib时，rp=0，反射光成为线偏振光 又称起偏角 （3）对内反射，存在一特殊角度 当i1=ic时，rs=rp=1。 全反射临界角 菲涅耳公式的几点说明 （1）Es和Ep具有相同的时间频率，所以菲涅耳公式推导中的Es和Ep既可看作复振幅也可看作瞬时值。 （2）适用于绝缘介质，对于导电介质则归于金属光学的研究内容。 （3）适用于各向同性介质。若光波射向晶体表面，理论上应用介电张量代替介电常数处理，得到更为复杂的菲涅耳公式。 （4）适用于弱场和线性介质。若在强电场作用下，介质出现了非线性项，则D=?E的线性关系不再成立 （5）适用于光频段，此时磁导率??1。否则菲涅耳公式应包含磁导率 相应的光强反射率和透射率 根据光强与振幅的关系 相应的能流反射率和透射率 根据光强比可得通过界面上某一面积的入射光、反射光和折射光的能流比 W1=I1A1=I1Acosi1 W1/=I1/A1=I1/Acosi1 W2=I2A2=I2Acosi2 W1、W1/、W2分别表示面元A对应的入射能流、反射能流和透射能流。