《光学教程》第五版姚启钧第五章光的偏振.ppt

第五章 光的偏振 5.1 偏振光与自然光、偏振度 5.2 由反射和折射获得偏振光　布儒斯特定律 5.3 单轴晶体的双折射现象 5.4 用波面的概念解释双折射现象 5.5 偏振棱镜和偏振片 马吕斯定律 5.6 椭圆偏振光与圆偏振光 波片 5.7 偏振态的实验检验 5.8 偏振光的干涉 5.9 光弹性效应和电光效应 5.10 线偏振光沿晶体光轴传播时振动面的旋转 5.5.3 马吕斯定律 ? P2 A1 P2 ? A 2= A1cos? —— 马吕斯定律(1809) —— 消光 线偏振光I P1 透振方向 自然光 I0 · · · 例5-2 假定在两个静止的、理想的、正交的起偏器之间有另一个理想的起偏器以角速度w旋转，试证透射光的强度满足下列关系式： ★例5-3设一水晶棱镜的顶角A为60度，光轴与棱镜主截面垂直，钠光以最小偏向角的方向在棱镜中折射，用焦距为0.5m的透镜聚焦，no=1.54425,ne=1.5536,试求o光和e光两谱线的间隔为多少？ 5.6 椭圆偏振光与圆偏振光 圆偏振光——电矢量大小不变，末端在波面内描绘出一个圆。 椭圆偏振——电矢量大小改变，末端在波面内描绘出一个椭圆。 { 迎着光线方向看 顺时针——右旋 逆时针——左旋 { 5.6.1 圆偏振光和椭圆偏振光的描述 b.描述 a.定义 椭圆偏振光可通过两列频率相同，振动方向相互垂直，沿同一方向传播的线偏振光叠加得到。 振幅 ?? =0，? ?? =? /2 ?? =其他值 Ax?Ay 椭圆偏振光 Ax=Ay 圆偏振光 斜向椭圆偏振光 { 圆偏振光可通过两频率相同，振动方向相互垂直，且振幅相同， 位相差?(2k+1)/2, 沿同一方向传播的线偏振光叠加得到。 讨论 线偏振光 椭圆偏振光 其中 变化 圆偏振光 右旋圆偏振光 左旋圆偏振光 5.6.2 波（晶）片 d—波片厚度为 nod—— o光在波片中的光程 ned—— e光在波片中的光程 ? = （no- ne）d 相位差： 主截面 光程差： ?波片 ?波片(半波片) 波片——光轴平行于表面的单轴晶体，其o光和e光 沿同一方向传播。（发生双折射） 与光轴夹角为?的线偏振光经过半波片后，出射光振动方向偏转2 ?。 b.平面偏振光入射： o光、 e光光强比: sin2?/cos2? 相位差： e ray o ray ? a.自然光入射： 在任意两个垂直方向的分量无固定位相差 ? o 光和e 光无固定位相差 ? 出射光为自然光 对于半波片: A Ao Ae Ao ? 2? 光轴 y ? d x A Ao Ae 线偏振光 ? 通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差： A Ao Ae ? 光轴 P 椭圆偏振光 一般情形--从晶片出射的两束光合成为一束椭圆偏振光。 d 光轴 波片 5.6.3 圆偏振光和椭圆偏振光的产生 a. 线偏振光通过波片 且 b. 线偏振光通过1/4波片 圆偏振光 线偏振光 波片厚度满足 椭圆偏振光(正椭圆) 则出射光为圆偏振光。 特例----当 c.自然光改造成椭圆或圆偏振光 自然光入射： 无固定相位差-----自然光 自然光须先经过一起偏器，再经过四分之一波片才可获得椭圆或圆偏振光。 P 自然光I0 · · · 光轴 ? ?波片 当 ?=45° 圆偏振光 一般为椭圆 偏振光 例5-4 一束圆偏振光，（1）垂直入射到1/4波片上，求透射光的 偏振态；（2）垂直入射到1/6波片上，求透射光的偏振态； 例5-5 一单色自然光通过尼科尔棱镜N1，N2和晶片C，其次序 如图示， N1的主截面水平，C对应于这波长的1/4波片，其主截面与竖直方向成30度，试问： （1）在N1和C之间，C和N2之间，以及从N2 透射出来的光各是什么性质的光？ （2）若入射光的强度为I0，则上述各部分的光的强度各是多少？ 注:此例最好放到偏振光干涉之后讲 计算波片厚度 (i) 1/4波片 (ii) 1/2波片，已知： 例： * * 物理科学与技术学院 5.1 自然光与偏振光 偏振度 纵波—波的振动方向对传播方向具有对称性。 横波—波的振动方向对传播方向没有对称性。 偏振 5.1.1光的偏振性 电矢量 光矢量 偏振态—在垂直于光传播方向的平面内光矢量的振动状态。 前言 单色光 复色光 { 光 （频率） 一般，用单色光讨论偏振态 自然光 圆偏振光 椭圆偏振光 右旋 偏振态的分类 部分偏振光 完全偏振光 平面偏振光 (线偏振光) 左旋 右旋 左旋 5.1.2 自然光与偏振光 E · 面对光的传播方向看 E Ey Ex y x ? 1. 平面偏振光(线偏振光) · · ·