光學(xué)(第六章-偏振)課件

1、光 學(xué) 2008年12月參考教材 趙凱華 編著：新概念物理學(xué)光學(xué)第一節(jié) 光的五種偏振態(tài) 根據(jù)電磁波理論，光是橫波，即振動的電矢量或磁矢量與波的傳播方向垂直。這樣就會出現(xiàn)一列光波的振動矢量僅僅在某個平面內(nèi)的形象，這就是所謂光的偏振性。事實上，廣義光的偏振應(yīng)該包括五種狀態(tài)：（1）線偏振光XYXYP1、偏振光概述設(shè)P點的振動方程為：它在所選取的坐標(biāo)系上的分量為 為振動矢量與 X 軸的夾角第一節(jié) 光的五種偏振態(tài)1、偏振光概述（1）線偏振光XYXYP（2）圓偏振光P點的振動方程可以表示成所選取的坐標(biāo)系上的分量電矢量以角速度 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，電矢量大小不變第一節(jié) 光的五種偏振態(tài)1、偏振光概述

2、XYXY（3）橢圓偏振光P點的振動方程可以表示成所選取的坐標(biāo)系上的分量電矢量以角速度 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，矢量的末端的軌跡為橢圓 為正稱作右旋偏振光， 為負(fù)稱作左旋偏振光XYXY第一節(jié) 光的五種偏振態(tài)1、偏振光概述（4）自然光 光束中包含了所有方向的橫向電矢量，對于光的傳播方向形成對稱分布。各個方向的電矢量之間的相位是隨機的，即彼此間沒有固定的相位關(guān)聯(lián)。XYXY第一節(jié) 光的五種偏振態(tài)1、偏振光概述（5）部分偏振光 光束中包含了所有方向的橫向電矢量，但對于光的傳播方向形成不對稱分布。同時，各個方向的電矢量之間的相位是隨機的，即彼此間沒有固定的相位關(guān)聯(lián)。XYXY第一節(jié) 光的五種偏振態(tài)1、

3、偏振光概述2、偏振片 光的偏振片工作原理：對某一方向的電矢量可以透過，與這一電矢量正交方向的電矢量將被吸收或被偏轉(zhuǎn)。第一節(jié) 光的五種偏振態(tài)偏振片中可以透過電矢量的方向稱做偏振片的光軸。能夠形成這樣功能的材料有天然的（比如晶體）和人工制造的。 一種人造偏振片原理是，將聚氯乙烯薄膜沿一個方向拉伸，然后在碘的溶液中浸泡，干燥后就可以成為偏振片。光軸3五種偏振光入射到偏振片后出射光情況光軸方向線偏振光：設(shè)入射光的振動方程為 設(shè)偏振方向與偏振片光軸方向夾角為 ，則出射的偏振光振動方程為出射光強為偏振方向與偏振片光軸一致入射光強為 馬呂斯定律第一節(jié) 光的五種偏振態(tài)出射光強隨著光軸的轉(zhuǎn)動而變化，最大光強為I

4、0，最小光強為零，稱作消光圓偏振光：出射光強為總的振幅為：任一時刻透過的振幅為3五種偏振光入射到偏振片后出射光情況第一節(jié) 光的五種偏振態(tài)入射光的振幅可以表示為X 當(dāng)圓偏振光入射到偏振片上時，隨著偏振片旋轉(zhuǎn)，出射光的光強不發(fā)生變化總的光強為：本節(jié)要討論的問題是光在電介質(zhì)表面折射和反射的電磁學(xué)本質(zhì)光在電介質(zhì)表面折射和反射時能量的傳遞光在電介質(zhì)表面折射和反射時偏振的變化光在電介質(zhì)表面折射和反射時位相的變化第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面折射和反射 設(shè)一光波從折射率為n1的介質(zhì)入射到折射率為n2的介質(zhì)，考察光波經(jīng)界面反射、折射后，光波的的電磁矢量在界面處的比例。菲涅耳反射、折射公式第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面折射和反

5、射on1n2 因為光波是橫波，所以光波的電磁矢量垂直于傳播方向，處在與光波垂直的平面P內(nèi)。P1P1P2 在P平面內(nèi)的電矢量總可以分解成平行于入射面和垂直于入射面兩個分量：與電矢量對應(yīng)的磁矢量為：聯(lián)立兩個邊界方程，并以n1sin i1=n2sin i2 代入，可以得到：p 分量振幅反射率p 分量振幅透射率菲涅耳反射、折射公式第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面折射和反射 若入射光是電矢量垂直于入射平面的偏振光，用E1s表示，磁矢量平行入射面，用H1p表示。 設(shè)反射光的電矢量和磁矢量分別為E1s 和Hp1 ，折射光的電矢量和磁矢量分別為E2s 和Hp2 ，按電磁理論的邊界條件，有：電矢量磁矢量或菲涅耳反射、折射

6、公式第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面折射和反射oE1sE1sE2s聯(lián)立兩個邊界方程，并以 n1sin i1=n2sin i2 代入，可以得到：s 分量振幅反射率s 分量振幅透射率菲涅耳反射、折射公式第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面折射和反射 對于任意方向的線偏振光，總可以分解成平行于入射面和垂直于入射面的正交分量。設(shè)有一電矢量為E，與入射面交角為的線偏振光，它的P分量和S分量為：設(shè)入射的自然光的光強為I，則：菲涅耳反射、折射公式第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面折射和反射而對于自然光中的所有偏振態(tài)也可以作同樣分解p 分量振幅反射率p 分量振幅透射率s 分量振幅反射率s 分量振幅透射率菲涅耳反射、折射公式第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面

7、折射和反射作業(yè)：6-1 6-2 6-5 6-10另外光強的意義是通過單位面積上的平均能流，即能流：W = I S能流反射率能流透射率能量守恒：2. 反射率和透射率第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面折射和反射SS1S2入射角入射角振幅反射率光強反射率空氣到玻璃界面反射率曲線2. 反射率和透射率第二節(jié) 光在電介質(zhì)表面折射和反射( 1) 正入射3. 菲涅耳反射折射公式 討論(2) 布儒斯特角(3) 全反射臨界角p 反射分量為零時的入射角p 和 s 分量反射率都100%時的入射角此時掠射第三章 波動光學(xué)基本原理 十、菲涅耳公式2斯托克斯的倒逆關(guān)系o 設(shè)光線從介質(zhì) 1 射向介質(zhì) 2 時反射率為 r，投射率為 t。

8、設(shè)光線從介質(zhì) 2 射向介質(zhì) 1 時反射率為 r，投射率為 t。r ，t ，r ，t ，之間的關(guān)系？ 設(shè)振幅為 E 的光線從介質(zhì) 1 射向介質(zhì) 2 時反射率為 r，投射率為 t。則反射光振幅為 rE，透射光振幅為 tE。如果振幅為 rE 的光逆著原先的反射方向入射，振幅為 tE 的光逆著原先折射的方向入射，將會有什么結(jié)果？ErEtEtErE第三章 波動光學(xué)基本原理 十、菲涅耳公式otErErE 從介質(zhì) 1 入射到介質(zhì) 2 ，將發(fā)生反射和折射，反射的振幅為 rrE，折射的振幅為 trE。tE 從介質(zhì) 2 入射到介質(zhì) 1 ，將發(fā)生反射和折射，反射的振幅為 rtE，折射的振幅為 ttE。按照光路可逆原

9、理，應(yīng)該有rrErrE + ttE = E trE+ rtE =0r2 + tt = 1 r=r trErtEttE由此得到：斯托克斯公式第三章 波動光學(xué)基本原理 十、菲涅耳公式3位相關(guān)系與半波損失問題1）電矢量的 p 反射分量在入射角等于布儒斯特角時發(fā)生突變： 光疏到光密，由正變負(fù)。光密到光疏，由負(fù)變正2）正入射時位相的變化n1 n2rp+-rs-+tp+ts+3）掠射時位相的變化4）半波損失 由于電矢量的位相在界面上發(fā)生突變，好象少走或多走了半個波長光程，所以成為“半波損失”第三章 波動光學(xué)基本原理 十、菲涅耳公式4反射和折射時的偏振的變化1）P分量和S分量不一致、反射時的躍變，將會改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)2）自然光入射時，反射光和折射光一般是部分偏振光3）入射光是圓偏振光時，