《光的偏振》ppt課件

1、第十八章第十八章 光的偏振光的偏振 18-1 偏振光和自然光偏振光和自然光 一、線偏振光一、線偏振光 電磁波中E矢量一直沿某一方向的振動。 y z x (a) (b)振動方向在紙面內(nèi)振動方向在紙面內(nèi) (c)振動方向垂直紙面振動方向垂直紙面 傳播方向 傳播方向 普通物理教案 二、自然光二、自然光 部分偏振光部分偏振光 振動面在空間各個方向高速隨機變化的光稱為 自然光。 無固定 相位差 y x y x 傳播方向傳播方向 自然光表達自然光表達 普通物理教案 介于自然光和線偏振光之間的一種偏 振光稱為部分偏振光 傳播方向 部分偏振光表達部分偏振光表達 18-2 起偏和檢偏起偏和檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定

2、律 一、起偏和檢偏一、起偏和檢偏 當(dāng)機械橫波經(jīng)過一狹縫時，如狹縫方向與機 械橫波的振動方向一樣時，此橫波可經(jīng)過狹縫， 當(dāng)狹縫方向與機械橫波的振動方向相垂直時，此 此橫波就不能經(jīng)過狹縫，見圖； 普通物理教案 a b 普通物理教案 與機械波相仿，對于光波我們也可 找到類似的“狹縫，使自然光經(jīng)過此狹縫后，稱 為線偏振光，對此“狹縫稱為起偏器。 用做起偏器的是一種具有稱為“二向色性的 物質(zhì)，例如1mm厚的電氣石薄片就幾乎可將某一 方向的光全部吸收。 利用 “二向色性 物質(zhì)所制成的薄片稱為偏振片 ，其中可以讓光經(jīng)過的特定方向稱為偏振化方向 。 偏振光獲得后，檢查某光線能否偏振光時，也用 偏振片，偏振片的

3、偏振化方向與偏振光的振動方 向垂直時，偏振光就不能經(jīng)過該偏振片。 普通物理教案 二、馬呂斯定律二、馬呂斯定律 a b P1P2 起偏和檢偏起偏和檢偏 普通物理教案 解：當(dāng)自然光經(jīng)過解：當(dāng)自然光經(jīng)過P1時，時， 01 2 1 II t時辰，P2轉(zhuǎn)過的角度 t，當(dāng)線偏振光I1透過P2 時， 2 0 2 12 cos 2 1 cosIII 當(dāng)線偏振光I2再透過P3時 ) 2 (coscos 2 1 cos 22 0 2 2 III 普通物理教案 22 0 sincos 2 1 II )2cos1 ( 8 1 2 0 I )2cos1)(2cos1 ( 8 1 0 I )4cos1 ( 16 1 0

4、I )4cos1 ( 16 1 0 tI 其中，=t，證畢。 普通物理教案 18-3 反射和折射光反射和折射光 陰的偏振景象陰的偏振景象 一、由反射和折射產(chǎn)生部分偏振光一、由反射和折射產(chǎn)生部分偏振光 當(dāng)光線在兩種介質(zhì)n1、 n2的交界面上發(fā)生反射和 折射時，反射光和折射光 都將成為部分偏振光，反 射光中垂直振動面的光矢 量加強，透射光中平行振 動的光矢量加強。 ii r n1 n2 普通物理教案 二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律 iBiB 90 0 I=I015% r 當(dāng)光線以iB入射時， iB 滿足： 0 90riB BB B inin rnin cos)90sin( sinsin 2 0

5、2 21 21 tan/ B inn 此式稱為布儒斯特定律： 此時，反射光線成為完全偏振光，折射光線成 為部分偏振光。 普通物理教案 布儒斯特定律的運用： 玻璃堆效應(yīng)： iB 反射光反射光 折射光折射光 激光器中的布儒斯特窗 iB 布儒斯特窗 布儒斯特窗 普通物理教案 18-4 光的雙折射景象光的雙折射景象 一束光線進入方解石晶體后，分裂成兩束光線， 它們沿不同方向折射，這種景象稱為雙折射。 求 是 求 是 方解石的雙折射景象方解石的雙折射景象 一、雙折射景象一、雙折射景象 尋常光和非常光 光線進入晶體后，分成兩束 ，其中一束遵守折射定律， 稱為尋常光線o光，另一 束不遵守折射定律，稱為非 常

6、光線e光。 普通物理教案 晶體的光軸與主平面 晶體中存在一個方向，光沿該方向傳播時，不 產(chǎn)生雙折射景象，稱該方向為晶體的光軸。 方解石中有兩個頂點A、D， 其棱邊之間的夾角各為1020 ，從A或D引出不斷線，與晶 體各鄰邊等角，此直線便是 光軸，與光軸平行的直線都 是光軸，晶體中僅有一個光 軸的稱單軸晶體，有兩軸的 稱雙軸晶體。 光軸 A D 1020 1020 1020 1020 780 780 晶體的光軸 普通物理教案 知光線與光軸組成的平面稱為 主平面。O光的振動垂直它的主平面，e光的振 動平行它的主平面。 當(dāng)光軸位于入射面內(nèi)時，o光和e光的主平面 重合。 i A B C D o eeo

7、 斜入射垂直入射 尋常光和非常光 普通物理教案 二、雙折射景象的解釋二、雙折射景象的解釋 單軸晶體中光波的波陣面 尋常光線在晶體中傳播速 度一樣，所以波陣面為球面， 而非常光線在晶體中傳播速度 不同，垂直于光軸的速率最大 或最小，波陣面為旋轉(zhuǎn)橢 球面。兩光速在沿光軸傳播時 ，速度一樣。當(dāng)v0 ve_稱為 正晶體石英，當(dāng)v0 no、對于負晶體nene。適中選取晶片厚度，可得： =k產(chǎn)生線偏振光； =恣意角度產(chǎn)生橢圓偏振光； 假設(shè)=450， = /2、 3/2Ae=Ao那么 為圓偏振光。 2 )( 2 dnn eo 4 )( dnn eo 即四分之一波片產(chǎn)生圓偏振光。 普通物理教案 2 )( dn

8、n eo dnn eo )( 2 假設(shè)： 即二分之一波片產(chǎn)生線 偏振光。此時假設(shè)入射 偏振光與光軸的夾角為 ，那么出射光的振動 方向與入射光得振動方 向成2角。 光軸 A Ae Ao A 普通物理教案 18-6 偏光干涉及其運用偏光干涉及其運用 一、偏振光的干涉一、偏振光的干涉 兩偏振片的偏振化方向正交 在兩正交的偏振片之間放一晶片透過該系統(tǒng)后 兩偏振光的振幅矢量為A2e、 A2o 那么： 普通物理教案 S P 1 C d P 2 光軸光軸 A Ae1 Ao1 Ao2 Ae2 sin cos 12 12 oo ee AA AA 由于： 21 PP cossinsincos 代入上式，得： co

9、ssincoscoscos 12 AAAA ee cossinsinsinsin 12 AAAA oo 22oe AA 光軸 P1 P2 Ae1 Ae2Ao2 Ao1 普通物理教案 經(jīng)上述系統(tǒng)后，出射得兩偏振光大 小相等，方向相反，相當(dāng)于的附加位相差，總 位相差為： dnn eo )( 2 相長干涉.3 , 2 , 12 kk 相消干涉.3 , 2 , 1) 12( kk 兩偏振片的偏振化方向平行 普通物理教案 光軸 P1P2 Ae1 Ae2 Ao2 Ao1 假設(shè)兩偏振片P1、P2平行，那 么： 2 12 coscosAAA ee 2 12 sisinnAAA oo 兩束光得相位差： dnn

10、eo 2 / 相長干涉.3 , 2 , 12 / kk 相消干涉.3 , 2 , 1) 12( / kk 普通物理教案 二、顯色偏振二、顯色偏振 兩束相關(guān)偏振光的相位差是隨晶片厚度d變化 的。用單色自然光垂直入射上述實驗安裝，當(dāng) 晶片厚度均勻時，屏上將呈現(xiàn)一片強度分布均 勻的亮光，沒有干涉條紋。旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的晶片 ，即改動角，強度發(fā)生變化。假設(shè)用白光照 射，一些波長的光滿足相長干涉條件，另一些 滿足相消干涉條件，因此屏上出現(xiàn)對應(yīng)的顏色 。假設(shè)旋轉(zhuǎn)晶片或檢偏器P2，出射光的顏色也 隨之變化，這種景象稱為顯色偏振。 普通物理教案 在P1與P2相互正交的偏光干涉實驗中，當(dāng)入射于 P2的偏振光已是圓偏振

11、光時，在視場E處的振幅矢量的 量值如何？假設(shè)P1與P2不相正交，那么又如何？ 解：按題意，入射于偏振片的偏振光已是圓偏振光，解：按題意，入射于偏振片的偏振光已是圓偏振光， 所以：所以： 2 , 2 )( 2 kdnn eo 并且： 4 cos, 4 111 AAA eo 例題2： 普通物理教案 )cos(2 22 2 2 2 2 oeoe AAAAA )cossin( 122 AAA oe )cos(22cossin 1 AA 11 2 2 2 cos 4 cos 4 sin2AAA 假設(shè)P1與P2相互正交，那么視場E處的振幅矢量： 普通物理教案 sin 4 cossin 112 AAA oo

12、 )cos(2 22 2 2 2 2 oeoe AAAAA 1 22 1 2 2 4 cosAA 結(jié)果闡明，圓偏振光入射偏振 片時，偏振片旋轉(zhuǎn)一周，透射 光的光強不會變化。 光軸 P1 P2 Ae1 Ae2Ao2 Ao1 假設(shè)P1與P2不相正交， P2和晶片C的光軸 成角，那么視場E處的振幅矢量： cos 4 coscos 112 AAA ee 普通物理教案 18-7 人為雙折射人為雙折射 一、光彈性效應(yīng)一、光彈性效應(yīng) 一些非晶體物質(zhì)如塑料、環(huán)氧樹脂在機 械應(yīng)力作用下，會變?yōu)楣鈱W(xué)各項異性物質(zhì)，出 現(xiàn)雙折射景象，此景象成為光彈性效應(yīng)。 S P 1 F d P 2 F 屏屏 普通物理教案 非晶體的

13、受力方向相當(dāng)于光軸方向， 當(dāng)P1與該方向成450角時，偏振光經(jīng)此“晶體 將成為o光e光，在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，有： / eo nnkppF S 光測彈性干涉圖樣 普通物理教案 二、電光二、電光 效應(yīng)效應(yīng) S P 1 P 2 + _ 克爾盒 1875年克爾J.Kerr發(fā)現(xiàn)，一些非晶體 或液體在強電場作用下，顯示出雙折射景象 ，在以下圖的安裝中，不加電場，光不能透 過P2后，而一加電場， P2處就有光顯顯露。 克爾效應(yīng) 普通物理教案 2 eo nnkE k為克爾系數(shù)，與液體種類和波長有關(guān)，假設(shè) 電極板長度為l，那么 2 22 eo nn lkE l 克而效應(yīng)慣性極小，反響時間只需10-9秒，因 此常被用做電光開關(guān)，如產(chǎn)生脈沖激光。 o光e光的折射率之差與所加電場的關(guān)系： 普通物理教案 泡克耳效應(yīng) 一些晶體在自在形狀下是單軸晶體，但在 電場作用下變成雙軸晶體，沿原來的光軸方向 產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，此效應(yīng)稱泡克耳效應(yīng)。泡克 耳效應(yīng)弛豫時間更短，且與外加電場成正比， 在一樣條件下電場比克爾盒低510 倍。 18-8 旋光效應(yīng)旋光效應(yīng) 偏振光經(jīng)過一些透明物質(zhì)后，振動面將以 光的傳播方向為軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，這種景象 成為旋光景象，這種物質(zhì)成為旋光物質(zhì)。 普通物理教案 S