大學(xué)物理學(xué) 光的偏振-學(xué)生

1、1 自然光自然光 和偏振光和偏振光2 起偏與檢偏起偏與檢偏3 光的雙光的雙 折射折射4 橢圓偏振光橢圓偏振光 、圓偏振光、波片、圓偏振光、波片5 偏振光的干涉偏振光的干涉6 偏振光的應(yīng)用偏振光的應(yīng)用光的偏振態(tài)光的偏振態(tài)E矢量的各種不同振動(dòng)狀態(tài)矢量的各種不同振動(dòng)狀態(tài)1、線偏振光、線偏振光2、橢圓偏振光、橢圓偏振光3、圓偏振光、圓偏振光4、自然光、自然光5、部分偏振光、部分偏振光偏振光偏振光1 自然光自然光 和偏振光和偏振光1、線偏振光（平面偏振光）、線偏振光（平面偏振光）u振動(dòng)面不變振動(dòng)面不變線偏振光可沿兩個(gè)線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解相互垂直的方向分解xy0EExEy2、橢圓偏振光和圓偏

2、振光、橢圓偏振光和圓偏振光振動(dòng)面以固定的頻率旋轉(zhuǎn)振動(dòng)面以固定的頻率旋轉(zhuǎn)3、自然光、自然光一束自然光可分解為一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、垂直的、等幅的、不相干不相干的線偏振光。的線偏振光。yxEE yxIII 4. 4. 部分偏振光部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、方向相互垂直的、不等幅的不等幅的、不相干不相干的線偏振光的線偏振光。偏振度偏振度PnPOPIIIIIP I0部分偏振光的部分偏振光的 光強(qiáng)光強(qiáng)IP偏振光的光強(qiáng)偏振光的光強(qiáng)In自然光的光強(qiáng)自然光的光強(qiáng)偏振片偏振片透光軸方向透光軸方向起偏器起偏器檢偏器檢偏器

3、起偏：起偏：從自然光獲得偏振光從自然光獲得偏振光021II 0I檢偏：檢偏：檢驗(yàn)一束光是否偏振光檢驗(yàn)一束光是否偏振光一、起偏與檢偏一、起偏與檢偏2起偏與檢偏起偏與檢偏二、馬呂斯定律二、馬呂斯定律I0II=I0cos2 E0E1E221EEEI E12 =E02cos2 I = I0cos2 = I0 cos2 = IMcos2 0max0III ， 02 I， 消光消光例：一束光強(qiáng)為例：一束光強(qiáng)為I0 的自然光，相繼通過(guò)三個(gè)偏振片的自然光，相繼通過(guò)三個(gè)偏振片P1、P2、P3 后，出射光的強(qiáng)度為后，出射光的強(qiáng)度為I0 /8，已知，已知P1和和P3 的偏振的偏振化方向相互垂直，若以入射光線為軸旋轉(zhuǎn)

4、化方向相互垂直，若以入射光線為軸旋轉(zhuǎn)P2 ，使出射，使出射光的光強(qiáng)為零。光的光強(qiáng)為零。P2 最小要轉(zhuǎn)過(guò)多大角度？最小要轉(zhuǎn)過(guò)多大角度？解解I0I1P3P1P2I2I30121II 20212cos21cosIII)2(cos223 II設(shè)設(shè)P1與與P2的夾角為的夾角為 0381II 4)2(coscos21220In1n2n1n22112nnntgiB 反射光為垂直入射面的線偏振光反射光為垂直入射面的線偏振光折射光仍是部分偏振光折射光仍是部分偏振光iBi時(shí)當(dāng)Bii iB 為布儒斯特角（起偏角）為布儒斯特角（起偏角）此時(shí)此時(shí)反射光與折射光垂直反射光與折射光垂直三、三、 反射和折射時(shí)光的偏振反射和折

5、射時(shí)光的偏振布儒斯特定律布儒斯特定律i0激光器中的布儒斯特窗激光器中的布儒斯特窗應(yīng)用應(yīng)用玻璃片堆玻璃片堆n1 1 =1.00 (=1.00 (空氣空氣) )n2 2 =1.50 (=1.50 (玻璃玻璃) ) 423350.100.1tg 185600.150.1tg 1010ii空空氣氣玻玻璃璃玻玻璃璃空空氣氣i0(接近線偏振光接近線偏振光) n1n2n1n2n1n20ii0in1n2i思考題：求反射光與折射光的偏振狀態(tài)思考題：求反射光與折射光的偏振狀態(tài)一、雙折射現(xiàn)象一、雙折射現(xiàn)象尋常光尋常光-O光光 遵循折射定律遵循折射定律非常光非常光-e光光 不遵循折射定律不遵循折射定律各向異性：各向異

6、性：各方向光的傳播速度、折射率不同各方向光的傳播速度、折射率不同尋常光、非常光均為線偏振光尋常光、非常光均為線偏振光3 光的雙折射光的雙折射光的傳播方向與晶體光的傳播方向與晶體 光軸構(gòu)成的平面。光軸構(gòu)成的平面。e光光光光軸軸e光的光的主平面主平面o光光光光軸軸o光的光的主平面主平面3.3.（晶體的晶體的）主截面）主截面2.2.（光線的光線的）主平面）主平面O光振動(dòng)光振動(dòng) 垂直于垂直于（主平面）（主平面）oe光振動(dòng)光振動(dòng) 平行于平行于（主平面）（主平面）e晶體表面的法線與晶體晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。光軸構(gòu)成的平面。1.1.晶體的光軸晶體的光軸AB光軸光軸102光軸是一特殊的方向，光沿

7、光軸是一特殊的方向，光沿此方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射此方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射單軸晶體單軸晶體雙軸晶體雙軸晶體負(fù)晶體負(fù)晶體vove二二. . 晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體主折射率主折射率oocneecnoenn （方解石方解石）正晶體正晶體voveoenn （石英石英）oeoe光軸光軸O光e光O光e光方解石三、作圖法確定光的傳播方向（三、作圖法確定光的傳播方向（惠更斯作圖法惠更斯作圖法）730玻璃方解石 n0=1.658 ne=1.486n =1.655光軸格蘭格蘭湯姆遜棱鏡湯姆遜棱鏡i四、偏振棱鏡四、偏振棱鏡?EEeEoEo=EsinEe=Ecosdnneo 2O光

8、e光光軸O光、光、e光沿同一方向傳播，但光光沿同一方向傳播，但光速不同，從晶片出射時(shí)有相差速不同，從晶片出射時(shí)有相差4橢圓偏振光橢圓偏振光 、圓偏振光、波片、圓偏振光、波片它們合成為一束它們合成為一束橢圓偏振光橢圓偏振光。k仍為線偏振光仍為線偏振光2, 1, 0,2) 1 ( nn 2, 1, 0,)12()2( nn EEeEoEo從晶片出射的是從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動(dòng)方向兩束傳播方相同、振動(dòng)方向相互垂直、頻率相等、相位差相互垂直、頻率相等、相位差 的線偏振光，的線偏振光，dnneo 2)(21m主軸在光軸上的主軸在光軸上的橢圓偏振光橢圓偏振光EEeEo=/4時(shí) Eo=Ee圓偏振光

9、光軸為其他值橢圓偏振光橢圓偏振光?入射光線偏振光條件k2/ =/4其他情況出射光線偏振光圓偏振光橢圓偏振光?dnneo)(224dnneoeonnd4四分之一波片四分之一波片（只對(duì)固定波長(zhǎng)）（只對(duì)固定波長(zhǎng)）eonnd 2 二分之一波片二分之一波片（只對(duì)固定波長(zhǎng)）（只對(duì)固定波長(zhǎng)）圓偏振光入射到四分圓偏振光入射到四分之一波片會(huì)怎樣之一波片會(huì)怎樣？思考：如何區(qū)分五種偏振光？通過(guò)晶片后分成通過(guò)晶片后分成O光與光與 e 光，振動(dòng)方向相互垂直，光，振動(dòng)方向相互垂直，再通過(guò)第二個(gè)偏振片有分量存在，產(chǎn)生干涉再通過(guò)第二個(gè)偏振片有分量存在，產(chǎn)生干涉5 偏振光的干涉偏振光的干涉1. 1. 振幅關(guān)系振幅關(guān)系sin1E

10、Eocos1EEeN1CN21EeEoEoEeE？cossincos1EEEoocossinsin1oeeEEEEP1垂直于垂直于P2？N1CN21EeEoEoEeEP1垂直于垂直于P2通過(guò)晶體通過(guò)晶體C C后后2. 2. 相位關(guān)系相位關(guān)系dnneo)(2通過(guò)通過(guò)P P2 2 后后dnneo)(22) 12()(mdnneomdnneo)(干涉相長(zhǎng)干涉相長(zhǎng)干涉相消干涉相消m2) 12(moEeE1EeEoE？CN1（N2）？1. 1. 振幅關(guān)系振幅關(guān)系P1平行于平行于P2sin1EEocos1EEe21sinsinEEEoo21coscosEEEeeoEeE1EeEoEdnneo)(2/mdn

11、neo)(2) 12()(mdnneo？CN1（N2）？2. 2. 相位關(guān)系相位關(guān)系P1平行于平行于P2通過(guò)晶體通過(guò)晶體C C后后dnneo)(2通過(guò)通過(guò)P P2 2 后后干涉相長(zhǎng)干涉相長(zhǎng)干涉相消干涉相消m2) 12(m一、旋光現(xiàn)象一、旋光現(xiàn)象左旋光左旋光右旋光右旋光液體）(cl使線偏振光的使線偏振光的振動(dòng)面振動(dòng)面在傳播過(guò)程中旋轉(zhuǎn)在傳播過(guò)程中旋轉(zhuǎn)天然旋光物質(zhì)天然旋光物質(zhì)：石英、糖溶液石英、糖溶液1811年阿喇果發(fā)現(xiàn)年阿喇果發(fā)現(xiàn)迎光看迎光看（固體）l應(yīng)用：測(cè)溶液濃度應(yīng)用：測(cè)溶液濃度量糖計(jì)量糖計(jì)旋光物質(zhì)旋光物質(zhì)a 旋光率旋光率P1P26 偏振光的應(yīng)用偏振光的應(yīng)用二、光彈性效應(yīng)二、光彈性效應(yīng)kPnneo人工雙折射人工雙折射:非晶體加應(yīng)非晶體加應(yīng)力后成為單軸晶體力后成為單軸晶體應(yīng)力去掉，各向異性消失應(yīng)力去掉，各向異性消失應(yīng)用：光彈性分析應(yīng)用：光彈性分析不加應(yīng)力不加應(yīng)力各向同性各向同性P P2 2不透光不透光加應(yīng)力加應(yīng)力呈單軸晶體性質(zhì)呈單軸晶體性質(zhì)oennd2P1P2 不加電場(chǎng)不加電場(chǎng)液體各向同性液體各向同性P P2 2不透光不透光 加電場(chǎng)加電場(chǎng)液體呈單軸晶體性質(zhì)，液體呈單軸晶體性質(zhì)，E光軸平行光軸平行 P P2 2透透光光三、克爾效應(yīng)三、克爾效應(yīng)電光效應(yīng)電光效應(yīng)2kEnneo克爾盒克爾盒瞬時(shí)效應(yīng)瞬時(shí)效應(yīng)光開(kāi)關(guān)光開(kāi)關(guān)二次電光效應(yīng)二次電光效應(yīng)k 克爾常數(shù)克爾常數(shù)P