光學教學課件：chapt5-3_Polarization generation

1、15-3偏振光的強度 5-3-1 偏振器(Polarizer) 自然光通過一個光學元件，成為偏振光 產生線偏振光 - 線偏振器； 產生橢圓偏振光 - 橢圓偏振器。 偏振器23 從自然光（非偏振光）產生偏振光的途徑： 晶體的雙折射。 反射和折射； 二向色性（選擇性吸收）； 散射；45-3-2 Malus 定律 如圖所示，線偏振器只讓某個振動方向的光通過，該方向定義為線偏振器的透射軸。 透射軸一個光強為I 自 的自然光經過偏振器后，光強 = ？I 自I 0=?5計算光強為 I 自 的自然光經過偏振器后的光強 I0 ：透射軸aE自E0對自然光，a 在（0，2p）間隨機變化，各個方向機會均等。 6線偏

2、振光通過另一個偏振片后的光強遵從Malus 定律 透射軸 入射到檢偏器的線偏振光光強為 I0 時, 其透射光強度： - Malus 定律 起偏器 (Polarizer） 檢偏器 (Analyzer) 7Malus 定律的討論： I (90o) = 0 消光。 I (0o) = I 0 光強極大； 通過消光現(xiàn)象可以確定入射光是否為線偏振光85-4 反射和折射產生偏振光 在介質分界面上，由于光（電磁場）和物質的相互作用，不僅傳播方向改變，振動狀態(tài)也會變化； 因此光在兩種介質的分界面上反射和折射時，反射光和折射光的偏振性質與入射光不同； 自然光通過反射和折射可以產生偏振光。n1n295-4-1 分界

3、面上振幅和光強的分配關系- Fresnel 公式 任一光振動可分解成兩個垂直分振動， 因此入射光、折射光、反射光都可作振動分解。 分界面的光場遵從電磁場的邊界條件n1n210 定義兩個垂直分振動分量:S振動和P振動 - 在入射面內圖示：光振動的分解S振動P振動- 垂直于入射面 S振動 - 垂直于紙面 （入射面）向外作圖慣例： P振動 的方向： n1n211 邊界條件：(透明介質)E 、H 的切線分量連續(xù)D 、B 的法線分量連續(xù) 折射定律： 各向同性的均勻介質中 物質方程 電磁波：速度：12反射系數(shù) 透射系數(shù) S 振動：P 振動： 反射系數(shù) 透射系數(shù) 可知：S 振動和P 振動彼此獨立，只與i1和

4、i2 有關Fresnel 公式：n1n2i1i2i113定義反射率 R：反射光波和入射光波的能流之比 透射率 T：透射光波和入射光波的能流之比 反射光束和入射光束的橫截面相同橫截面橫截面橫截面入射折射反射（單位時間內）14橫截面橫截面橫截面入射折射反射 能量守恒 R + T = 1（無吸收） 透射光束和入射光束的橫截面不同Ts = 1-RsTp = 1-Rp15 i1 = 0o 時： i1 = 90o 時：圖示： 時的反射率隨入射角變化的曲線n1=1, n2 =1.5165-4-2 反射和折射產生的偏振 反射光中 S振動多于P振動 自然光入射時，反射光和透射光成為部分偏振光 由反射率曲線可知，

5、 特殊情形： 時反射光中只有 S 振動-線偏振光17自然光經過反射和折射后產生部分偏振光n1n2i1i2i1自然光部分偏振光部分偏振光時線偏振光n1n2線偏振光自然光部分偏振光反射起偏 i1i218由折射定律時， 對應的入射角 Brewster 角 ： 玻璃： n1=1, n2 =1.5 57 oMalus 實驗線偏振光n1n2線偏振光自然光部分偏振光19 反射起偏時，反射率 15 %0.15 自然光以Brewster 角入射 時， P 振動無反射，全部透射。 S振動的透過率=(0.85)40 0.0015 例如：20片時, 通過多層介質堆，S振動經多次反射，最后的透射光成為單一P振動的線偏振

6、光 。玻璃堆起偏器20激光器諧振腔中的Brewster窗P振動100%透過 Brewster 角的應用21（B）用偏光鏡消除了反射偏振光,使玻璃門內的人物清晰可見（A）玻璃門表面的反光很強225-5 選擇性吸收產生偏振光-物質的二向色性 某些物質可以選擇性地 吸收 掉兩個垂直振動分量中的一個，剩下另一個分量 產生偏振 5-5-1 線形導線光柵 導線中的自由電子吸收掉平行于導線的電場振動 235-5-2 人造偏振片 碘溶液中浸過的有機分子薄膜經過拉伸，如浸碘的聚乙烯醇薄膜（形成平行的長鏈大分子，碘原子中的自由電子可沿長鏈運動） 人造偏振片觀看立體電影時使用的偏振眼鏡應用之一：24立體電影255-5-3 二向色性晶體 對不同波長，吸收本領不同，透射光有顏色 沿光軸方向入射時，呈現(xiàn)黑色 二向色性 垂直于光軸方向的 光振動被吸收 透射光成為偏振光（電氣石）265-6 散射產生偏振光 5-6-1 光的散射 物質微粒對光的反射和折射 呈現(xiàn)光的散射現(xiàn)象 大量微粒不規(guī)則地分布于透明介質內，當微粒濃度增加時 散射現(xiàn)象愈加明顯27 Rayleigh 散射定律 ：圖示：散射曲線散射強度Mie 區(qū)Rayleigh區(qū) 散射分類： Rayleigh散射(分子散射) :微粒的線度 a 入射光波長 l 285-6-2 散射光的偏振 考慮分子散射，分子在入射光的作用下受拍振動， 發(fā)出次