大學(xué)光學(xué)L光橫波性與五種偏振態(tài)

會(huì)計(jì)學(xué)1大學(xué)光學(xué)L光橫波性與五種偏振態(tài)2）偏振片（1）晶體的二向色性（選擇吸收性）（2）偏振片及其透振方向和消光方向（3）偏振片的制造（4）偏振片的起偏和檢偏性能第1頁(yè)/共45頁(yè)2．光的橫波性1）機(jī)械波的橫波性的檢驗(yàn)2）光波的橫波性的檢驗(yàn)第2頁(yè)/共45頁(yè)3．光的五種偏振態(tài)1）光是橫波，才有不同的偏振狀態(tài)2）光波的五種偏振態(tài)：線偏振光、自然光、部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。4．線偏振光1)線偏振光的定義：第3頁(yè)/共45頁(yè)在垂直光傳播方向的平面上，只有單一方向的振動(dòng)矢量，隨著時(shí)間的推移，振動(dòng)矢量只改變大小、不改變方向。第4頁(yè)/共45頁(yè)線偏振光：光矢量E只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)。第5頁(yè)/共45頁(yè)2)振動(dòng)面與平面偏振光振動(dòng)面：線偏振光的傳播方向與振動(dòng)方向構(gòu)成的平面。同一波線上的線偏振光的光振動(dòng)均處于同一振動(dòng)面上，又稱線偏振光為平面偏振光。線偏振光是偏振程度最強(qiáng)的光，又稱線偏振光為全偏振光。第6頁(yè)/共45頁(yè)3）線偏振光通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)度若入射的線偏振光強(qiáng)為：旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)的變化為：線偏振光存在一個(gè)消光方向,在垂直P(pán)的透振方向上第7頁(yè)/共45頁(yè)4）馬呂斯定律稱上式為馬呂斯定律注意：

（1）只適用于線偏振光（2）馬呂斯定律公式上的三角函數(shù)項(xiàng)是平方項(xiàng)。由于：就有：第8頁(yè)/共45頁(yè)5）起偏器和檢偏器起偏器：任何偏振態(tài)的光通過(guò)后透射光都變?yōu)榫€偏振光的器件。檢偏器：檢查入射光偏振態(tài)的器件線偏振射光通過(guò)此器件后光強(qiáng)變?yōu)榱?。偏振片既是起偏器，又是檢偏器。第9頁(yè)/共45頁(yè)自然光通過(guò)偏振片后，光強(qiáng)為原來(lái)的二分之一。旋轉(zhuǎn)起偏器，屏幕上光強(qiáng)不變。第10頁(yè)/共45頁(yè)檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，透射光光強(qiáng)出現(xiàn)兩次最強(qiáng)，兩次消光，說(shuō)明入射到P2

上的光是線偏振光。P2P1第11頁(yè)/共45頁(yè)6）一束線偏振光可以分解為兩束互相垂直的線偏振光第12頁(yè)/共45頁(yè)若將帶入?yún)⒘糠匠滔⒘縯，就有：，這正是直線方程結(jié)論：（1）線偏振光可以分解為兩個(gè)互相垂直的相位差為0或的線偏振光，（2）可以由這兩束線偏振光代替這束線偏振光。第13頁(yè)/共45頁(yè)5．自然光1）自然光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動(dòng)，各個(gè)方向的振動(dòng)幅度均相等，形成如圖所示的軸對(duì)稱振幅分布。第14頁(yè)/共45頁(yè)自然光：由于原子發(fā)光的獨(dú)立性與隨機(jī)性，對(duì)于普通光源所發(fā)的光，光矢量分布各向均勻。各光矢量之間無(wú)固定的相位關(guān)系?？捎脙蓚€(gè)相互垂直的光矢量表示自然光，但兩者之間也無(wú)固定的相位關(guān)系。第15頁(yè)/共45頁(yè)2）自然光通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)度若入射的自然光強(qiáng)為：自然光旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)均為：第16頁(yè)/共45頁(yè)（非相干迭加）第17頁(yè)/共45頁(yè)3）試證明自然光通過(guò)偏振片后出射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的一半。自然光由無(wú)數(shù)條非相干的線偏振光組成數(shù)密度：?jiǎn)挝粖A角內(nèi)包含的線偏振光的條數(shù)角內(nèi)包含的線偏振光的條數(shù)：第18頁(yè)/共45頁(yè)角內(nèi)包含的線偏振光的總強(qiáng)度：入射的自然光的總光強(qiáng)：設(shè)偏振片的透振方向與角內(nèi)線偏振光的夾角為：依據(jù)馬呂斯定律：第19頁(yè)/共45頁(yè)角內(nèi)的線偏振光通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)為：透過(guò)偏振片后自然光的光強(qiáng)變?yōu)椋阂虼擞校鹤⒁猓阂呀?jīng)將公式中的改寫(xiě)為第20頁(yè)/共45頁(yè)6．部分偏振光1）部分偏振光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動(dòng)，但不同方向的振動(dòng)幅度不相等，形成如圖的振幅分布。第21頁(yè)/共45頁(yè)部分偏振光:介于線偏振光與自然光之間的情形，可看成線偏振光與自然光的混合。第22頁(yè)/共45頁(yè)若入射的部分偏振光強(qiáng)為旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)的變化為：與的振動(dòng)方向互相垂直，沒(méi)有消光現(xiàn)象出現(xiàn)部分偏振光2）部分偏振光通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)度

第23頁(yè)/共45頁(yè)3）部分偏振光的總光強(qiáng)4）偏振度：

時(shí)，，為自然光＝時(shí)，，是線偏振光注意：與是所有線偏振光在這兩個(gè)互相垂直方向上的投影分量的非相干疊加。第24頁(yè)/共45頁(yè)P(yáng)1例題1自然光通過(guò)兩個(gè)偏振化方向的夾角為60°的偏振片后，透射光強(qiáng)為I

.若在兩偏振片間再插入另一偏振片，它與前兩者的偏振化方向的夾角均為30°，則此時(shí)透射光光強(qiáng)為多少？IP解I0I1第25頁(yè)/共45頁(yè)P(yáng)1I′PI0P2I1I2第26頁(yè)/共45頁(yè)例題2

一束光由自然光和線偏振光混合組成，當(dāng)它通過(guò)一轉(zhuǎn)動(dòng)的偏振片時(shí)，透射光光強(qiáng)的最大值是最小值的5倍。求入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)各占入射光光強(qiáng)的幾分之幾？解設(shè)入射光光強(qiáng)為I0，其中自然光光強(qiáng)為I10，線偏振光強(qiáng)度為I20設(shè)通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)分別為I

，I1，I2為什么？第27頁(yè)/共45頁(yè)例題3:P309例5.1第28頁(yè)/共45頁(yè)7．圓偏振光1）圓偏振光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動(dòng)矢量，振動(dòng)矢量的大小不變，振動(dòng)方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，振動(dòng)矢量的端點(diǎn)描繪成一個(gè)圓形軌跡。第29頁(yè)/共45頁(yè)2）圓偏振光通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)度若入射光強(qiáng)為：圓偏振光旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)不變化第30頁(yè)/共45頁(yè)3）圓偏振光能夠分解成兩束互相垂直的線偏振光A第31頁(yè)/共45頁(yè)若將帶入方程，消去參量t就有：，正是圓方程。結(jié)論：（1）圓偏振光可以分解為兩個(gè)互相垂直的振幅相等、相位差為的線偏振光。（2）可以由這兩束線偏振光來(lái)代替這束圓偏振光。第32頁(yè)/共45頁(yè)4）圓偏振光的總光強(qiáng)：5）左旋圓偏振光與右旋圓偏振光（1）定義：迎著光線傳播方向觀看，若振動(dòng)矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)就稱為右旋圓偏振光，此時(shí)：若振動(dòng)矢量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)就稱為左旋圓偏振光，此時(shí)：第33頁(yè)/共45頁(yè)（2）證明：若圓偏振光的，則振動(dòng)矢量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。證明：

已知：如圖所示，由到旋轉(zhuǎn)走向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。?4頁(yè)/共45頁(yè)8．橢圓偏振光1）橢圓偏振光定義：在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動(dòng)矢量，振動(dòng)矢量的大小和方向不斷地改變，振動(dòng)矢量的端點(diǎn)描繪成一個(gè)橢圓形軌跡。第35頁(yè)/共45頁(yè)2）橢圓偏振光通過(guò)偏振片后的光強(qiáng)度橢圓振光若入射的部分偏振光強(qiáng)為旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強(qiáng)的變化為：與的振動(dòng)方向垂直。,沒(méi)有消光現(xiàn)象出現(xiàn)第36頁(yè)/共45頁(yè)3）橢圓偏振光能夠分解成兩束互相垂直的線偏振光當(dāng)時(shí)，A第37頁(yè)/共45頁(yè)若消去參量方程中的t有：這正是橢圓方程式結(jié)論：（1）橢圓偏振光可以分解為兩個(gè)互相垂直的振幅不相等的相位差固定、但不等于或0的線偏振光。（2）可以由這兩束線偏振光來(lái)代替這束橢圓偏振光。第38頁(yè)/共45頁(yè)4）橢圓偏振光的總光強(qiáng)：

5）左旋與右旋橢圓偏振光定義：迎著光線傳播的方向觀看，若振動(dòng)矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)就稱為右旋橢圓偏振光，若振動(dòng)矢量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)就稱為左旋橢圓偏振光。第39頁(yè)/共45頁(yè)6）各種相位差對(duì)應(yīng)的橢圓偏振態(tài)圖（1）當(dāng)坐標(biāo)系為如圖所示時(shí)（2）參量方程為：第40頁(yè)/共45頁(yè)（3）就有如下的各種相位差對(duì)應(yīng)的橢圓偏振態(tài)圖（4）若參量方程用復(fù)振幅表示，則為：，

。，第41頁(yè)/共45頁(yè)7）自然光能夠分解成兩束線偏振光兩束線偏振光的關(guān)系是：（1）分解的方向可以任意，但兩束線偏振光的方向必須互相垂直（2）兩束線偏振光的光強(qiáng)相等，均為（3）兩束線偏振光的相位差隨時(shí)間變化，不穩(wěn)定。（4）可以用分解成的兩束線偏振光代替這束自然光第42頁(yè)/共45頁(yè)8）為什么自然光只能由相位差不穩(wěn)定的兩束線偏振光代替。若兩束線偏振光之間有穩(wěn)定的相位差，就能合成線偏振光、圓偏振光或橢圓偏