偏振光與雙折射

關(guān)于偏振光與雙折射第1頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月Ev0H光矢量振動(dòng)面偏振面

若光矢量保持在一定平面內(nèi)振動(dòng)，稱此平面為光矢量

§1自然光和偏振光面內(nèi)振動(dòng)稱這種光線為線偏振光或平面偏振光。的振動(dòng)面，稱這種振動(dòng)狀態(tài)為面偏振態(tài)。都在一個(gè)平1、自然光和偏振光第2頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別第3頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月在橫波的情況下，振動(dòng)面與其他包含波的傳播方向但不包含振動(dòng)矢量在內(nèi)的任何平面波都是不相同的，這顯示出波的振動(dòng)方向?qū)鞑シ较虻牟粚?duì)稱性。這種振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做偏振。對(duì)于縱波，波的振動(dòng)方向?qū)鞑シ较驘o對(duì)稱性的概念。第4頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月2、自然光：各種振動(dòng)面的光出現(xiàn)的機(jī)會(huì)相等,沿同一振動(dòng)面的原子光波列的強(qiáng)度與振動(dòng)面方向無關(guān),稱這種光為自然光。原子發(fā)光是隨機(jī)的，在普通光源中不同原子發(fā)出的光波列，它們的頻率、初相位、振動(dòng)面、傳播方向及波列長(zhǎng)度都可能不同。

A、自然光可以分解為兩束相互獨(dú)立的、等振幅的、振動(dòng)方向相互垂直的線偏振光，這兩線偏振光的光強(qiáng)等于自然光光強(qiáng)的一半。第5頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3、部分偏振光：

如果將自然光中的兩個(gè)垂直分量中的其中一個(gè)分量部分地削弱，所得的光線稱為部分偏振光。部分偏振光表示法：........??????B、自然光的表示法：.............??????第6頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月4、線偏振光的表示法：.........光矢量在屏平面內(nèi)光矢量與屏平面垂直光矢量與屏平面斜交????第7頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月5、圓偏振光和橢圓偏振光這兩種光的特點(diǎn)是在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光矢量按一定頻率旋轉(zhuǎn)（左旋或右旋）。A、圓偏振光：如果光矢量端點(diǎn)軌跡是一個(gè)圓，這種光叫圓偏振光。B、橢圓偏振光：如果光矢量端點(diǎn)軌跡是一個(gè)橢圓，這種光叫橢圓偏振光。第8頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

偏振片：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振動(dòng)，而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過，這個(gè)方向稱為偏振化方向。

偏振化方向自然光振線偏光偏振片§2起偏與檢偏馬呂斯定律一、起偏與檢偏稱這些薄膜為偏振片。第9頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

自然光通過偏振片后變?yōu)榫€偏振光，稱為起偏。偏振化方向自然光振線偏光偏振片

偏振片又可用來檢驗(yàn)光線的偏振化程度，稱為檢偏。第10頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第11頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第12頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第13頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第14頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第15頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第16頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化第17頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化兩偏振片的偏振化方向相互垂直光強(qiáng)為零第18頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光第19頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第20頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第21頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第22頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第23頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變第24頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月.....檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變注意：自然光通過一個(gè)偏振片光強(qiáng)即變?yōu)樵瓉砉鈴?qiáng)的一半第25頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月檢偏器偏振化方向..起偏器檢偏器自然光線偏振光AIA00II0I=AA022馬呂斯定律二、馬呂斯定律=cosA02A022aAA0acosAA0=a檢偏器前偏振光振動(dòng)方向與檢偏器aI0I=cos2a偏振化方向之間的夾角第26頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：I0=I0=I2.此定律只適用于沒有光吸收的理想偏馬呂斯定律I0I=cos2a=0，當(dāng)a，π2=a1.當(dāng)振片。第27頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月n1n2

..........r以任意角度入射1、以任意角度入射時(shí),反射光和折射光都為部分偏振光。實(shí)驗(yàn)和理論都表明：

反射光中垂直于入射面振動(dòng)的光的強(qiáng)度比較大，折射光中在入射面內(nèi)振動(dòng)的光的強(qiáng)度比較大。

§3反射和折射時(shí)光的偏振i第28頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、以布儒斯特角入射時(shí)，反射光為線偏振光，折射光為部分偏振光。并且：..........i0i0n1n2900r以布儒斯特角入射90r0+=i0nsinisinr1n20==n21sinisinr0=sinisin0()90i00tgi=0tgi0n1n2==n21由折射定律：布儒斯特定律第29頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月A、自然光以布儒斯特角入射時(shí)，反射光為線偏振光，折射光為部分偏振光。如圖注意：i0in1n290rB、線偏振光以布儒斯特角入射時(shí)要注意，事實(shí)上反射光只能反射偏振化方向與入射面垂直的那部分偏振光。C、反射光的光強(qiáng)只占入射光強(qiáng)很小一部分。0.........iin1n90r.200第30頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月利用玻璃堆獲得偏振光.......................線偏振光自然光入射第31頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)

1809年，法國(guó)人馬呂斯(Malus)在尋求雙折射現(xiàn)象的數(shù)學(xué)理論時(shí)，深深地被方解石晶體奇妙的雙折射性質(zhì)所吸引。傳說1809年的一天傍晚，他站在家中的窗戶旁研究方解石晶體，當(dāng)時(shí)夕陽西照，陽光從離他家不遠(yuǎn)的巴黎盧森堡宮的窗戶玻璃上反射到他這里。當(dāng)他觀察反射光透過他手中的方解石晶體成象時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)，方解石轉(zhuǎn)到某一位置時(shí)，原本出現(xiàn)的兩條雙折射光線中有一條意外的消失了。這一奇怪現(xiàn)象立即引起了他的注意。由此，馬呂斯想到玻璃反射時(shí)光被偏振化了。

1812年，布儒斯特(Brewster)通過實(shí)驗(yàn)定量給出了反射光偏振的規(guī)律?！?光的雙折射第32頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月象折射現(xiàn)雙折射現(xiàn)o光e光方解石晶體CaCO3紙面二、雙折射現(xiàn)象第33頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月尋常光線（o光）(ordinaryrays)(extraordinrayrays)非常光線（e光）服從折射定律的光線不服從折射定律的光線......eo.......oeACDB三、尋常光與非常光第34頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月不服從折射定律指的是：1.折射光線一般不在入射面內(nèi)；

2.入射角的正弦與折射角正弦之比不是常量，即折射率和入射光線的方向有關(guān)。第35頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第36頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體第37頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月780102078078010201020光軸光軸：在方解石這類晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)光線沿這一方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。稱這一方向?yàn)榫w的光軸。單軸晶體：只有一個(gè)光軸（方解石、石英）雙軸晶體：有兩個(gè)光軸（云母、硫磺）主截面：自然晶面法線與光軸所組成的平面。主平面：某一光線與光軸所組成的平面三、光軸、主平面注意：光軸僅是指晶體中的某一方向，并非某一具體直線。因此，所有平行此方向的直線均可代表光軸。第38頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月

一般來說，o光主平面和e光主平面并不重合。

當(dāng)入射光線在主截面內(nèi)時(shí)，o光、e光以及它們的主平面都在主截面內(nèi)。此時(shí)，兩光的振動(dòng)方向相互垂直。o光垂直于主截面振動(dòng)，e光在主截面內(nèi)振動(dòng)。o光及e光都為線偏振光。.......光面主光面主平平光軸方向eo光e光o第39頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月正晶體負(fù)晶體光軸vevovevononenonevevo*光軸vove*產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象的根本原因是晶體光學(xué)四、惠更斯原理在對(duì)雙折射現(xiàn)象中的應(yīng)用波面e波面o性質(zhì)的各向異性。第40頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月ACDE.....eoF.....eo光軸i1.平面波傾斜入射方解石晶體用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象第41頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月ACDFE........eoeo光軸B

2.平面波垂直入射方解石晶體第42頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月ACD....eoeo光軸B....3.平面波垂直入射方解石晶體光軸平行于晶面沒有發(fā)生雙折射第43頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月3.平面波垂直入射方解石晶體光軸平行于晶面ACD....eoeo光軸B....發(fā)生雙折射第44頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月ACDE.....oeF.....oe光軸i.3.光軸垂直于晶面第45頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月五、渥拉斯頓棱鏡它由同一材料但光軸相互垂直的兩塊三棱鏡膠合而成。在ABC截面內(nèi)，盡管o光和e光傳播方向相同，但速度不同。到AC界面，原o光變?yōu)閑光(振動(dòng)平行光軸)，ne<no，所以折射角較大。原e光變?yōu)閛光(振動(dòng)垂直光軸)，ne>no(光疏到光密),所以折射角較小。到ADC截面內(nèi)，o光和e光便分開了，張角為γ，最后折射到空氣再進(jìn)一步分開。eOABDCO??e?????第46頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月o光發(fā)生全反射n加=1.55n=e1.516n=1.6584onon加>............900φoe220680oeAMCN自然光加拿大樹膠光軸n=e1.4864~1.6584φ=770>臨界角，且六、尼科耳棱鏡n加>ne因?yàn)閑光不會(huì)發(fā)生全反射所以第47頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月尼可耳棱鏡可以用作起偏器與檢偏器。....七、應(yīng)用A、汽車車燈與車玻璃前都裝上與水平方向成45角的偏振片，可避免對(duì)方車晃眼。B、立體電影，濾光鏡等。第48頁，課件共53頁，創(chuàng)作于2023年2月§5偏振光干涉AoeAA