波動光學(xué)-偏振

波動光學(xué)-偏振第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月線偏振光的表示法：·····光振動垂直板面光振動平行板面二.自然光沒有優(yōu)勢方向自然光的分解一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。自然光的表示法：···第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.部分偏振光部分偏振光的分解

部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：······平行板面的光振動較強(qiáng)垂直板面的光振動較強(qiáng)··第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月右旋圓偏振光右旋橢圓偏振光

y

yx

z傳播方向

/2x某時(shí)刻右旋圓偏振光E隨z的變化E

0四.圓偏振光,橢圓偏振光第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月五.偏振度Ip—部分偏振光中包含的完全偏振光的強(qiáng)度It

—部分偏振光的總強(qiáng)度In

—部分偏振光中包含的自然光的強(qiáng)度完全偏振光(線、圓、橢圓)P=1自然光(非偏振光)P=0部分偏振光0<P<1偏振度的另一種表示：第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§2偏振片的起偏和檢偏，馬呂斯定律一.起偏起偏的原理：利用某種光學(xué)的不對稱性偏振片微晶型分子型x

yzz線柵起偏器入射電磁波起偏：從自然光獲得偏振光起偏器:起偏的光學(xué)器件·非偏振光線偏振光光軸電氣石晶片··第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月非偏振光I0線偏振光IP偏振化方向(透振方向)二.馬呂斯定律

I0IPPE0

E=E0cos

偏振片的起偏

馬呂斯定律（1809）——消光···第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.檢偏用偏振器件分析、檢驗(yàn)光的偏振態(tài)I?P待檢光思考：

I不變

？是什么光

I變，有消光

？是什么光

I變，無消光

？是什么光第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§3反射和折射光的偏振*散射光的偏振一.反射和折射時(shí)光的偏振i=i0時(shí)，反射光只有S分量i0

—布儒斯特角或

起偏角i0

+r0=90O由

有—布儒斯特定律(1812年)·······n1n2iir·自然光反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光·····n1n2i0i0r0線偏振光··S起偏振角···第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月若n1

=1.00(空氣)，n2=1.50(玻璃)，則：二.玻璃片堆起偏和檢偏

1.起偏當(dāng)i=i0時(shí)自然光從空氣→玻璃············i0(接近線偏振光)··················2.檢偏...玻璃片堆第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月*三.散射光的偏振1.散射光的產(chǎn)生

pI(

)

振蕩電偶極子電磁輻射強(qiáng)度的角分布2.散射光的偏振zx

py入射自然光

B散射光(部分偏振光)散射光

(線偏振光)散射光

(自然光)第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§4光在晶體中的傳播,雙折射···

方解石oee

o一.雙折射的概念1.雙折射n1n2irore(各向異性媒質(zhì))自然光o光e光2.尋常光和非尋常光o光:遵從折射定律e光:一般不遵從折射定律e光折射線也不一定在入射面內(nèi)?！ぁぁさ?2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.晶體的光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。例如，方解石晶體(冰洲石)AB光軸102°

光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4.主平面和主截面主平面：晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面····主截面：晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。二.晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體光矢量振動方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同。第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月························vo

t光軸光軸ve

tvo

to光:e光:

n0，ne稱為晶體的主折射率正晶體:ne>no負(fù)晶體:ne<no子波源vo

tve

t光軸vo

tve

t光軸

正晶體

(vo>ve)

負(fù)晶體(vo<ve)

子波源(

e<o)(

e>o)第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法(

e>o)1.光軸平行晶體表面，自然光垂直入射····

eoeo光軸晶體····

o,e在方向上雖沒分開，但速度上是分開的。2.光軸平行晶體表面，且垂直入射面，自然光斜入射····晶體

光軸ir0reo

········

oΔt

eΔteo

ecΔt第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月3.光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射······o

e晶體光軸····

e方解石光軸······o

eo此時(shí)e光的波面不再與其波射線垂直了第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§5晶體光學(xué)器件一.晶體起偏器件

1.晶體的二向色性、晶體偏振器某些晶體對o光和e光的吸收有很大差異，這叫晶體的二向色性電氣石····光軸e光電氣石光軸可產(chǎn)生線偏振光第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.偏振棱鏡偏光鏡:格蘭─湯姆孫棱鏡偏光分束鏡:沃拉斯頓棱鏡············

光軸光軸方解石方解石加拿大樹膠

(n=1.55)oe吸收涂層i光軸的取向使o光、e光對應(yīng)的恰是no、ne

。no(1.6584)＞n(1.55)＞ne(1.4864)·12方解石方解石·······oe光軸光軸·方解石n0＞ne第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二.晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏1.晶片─相位延遲片晶片是光軸平行表面的晶體薄片。ydxAAoAe

線偏振光光軸λ

通過厚為d的晶片，o、e光產(chǎn)生相位差：AAoAe

光軸P

振幅關(guān)系第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動方向相互垂直、頻率相等、相位差

的線偏振光，它們合成為一束橢圓偏振光。時(shí)為圓偏振光

2.波（晶）片

(1)四分之一波片——線偏振光→圓偏振光——線偏振光→線偏振光從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月——線偏振光→橢圓偏振光(2)二分之一波片使線偏振光振動面轉(zhuǎn)過2

角度

A0入A0出A入A出Ae入=Ae出入光軸(3)全波片三.橢圓與圓偏振光的檢偏用四分之一波片和偏振片P可區(qū)分出自然光和圓偏振光或部分偏振光和橢圓偏振光第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月四分之一波片圓偏振光自然光自然光線偏振光偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光

I不變線偏振光I變,有消光以入射光方向?yàn)檩S四分之一波片橢圓偏振光部分偏振光線偏振光偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光I變,有消光部分偏振光光軸平行最大光強(qiáng)或最小光強(qiáng)方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置線偏振光I變,無消光第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§6偏振光的干涉一.偏振光干涉裝置d晶片C

偏振片P2偏振化方向單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向二.偏振光干涉的分析1.振幅關(guān)系P2P1CA1AeAoA2oA2e

在P2

后，兩束光振動方向平行，振幅為：第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月通過晶體C后此兩束光合成為一束橢圓偏振光通過P2

后（若P1、P2夾角小于

，則無附加相差

）2.相位關(guān)系—相長干涉第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月—相消干涉若單色光入射，且d不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋。三.色偏振白光入射，晶片d均勻屏上由于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色這叫（顯）色偏振。若d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。如紅色相消→綠色；藍(lán)色相消→黃色，第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§7人工雙折射人為地造成各向異性，而產(chǎn)生雙折射。一.光彈效應(yīng)(應(yīng)力雙折射效應(yīng))P1P2

··dFSF干涉有機(jī)玻璃C應(yīng)力→各向異性→

各向不同→n各向不同在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月各處不同→各處不同→出現(xiàn)干涉條紋變→變→干涉情況變。二.電光效應(yīng)電光效應(yīng)也叫電致雙折射效應(yīng)1.克爾效應(yīng)(1875年)l+-45

45

P1P2克爾盒d第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月不加電場→液體各向同性→P2不透光加電場→液體呈單軸晶體性質(zhì)，——二次電光效應(yīng)

E—電場強(qiáng)度，k

—克爾常數(shù)克爾效應(yīng)引起的相位差為：克爾盒相當(dāng)于半波片，P2透光最強(qiáng)。時(shí)，光軸平行

P2透光第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月2.泡克爾斯效應(yīng)(1893年)電光晶體+。。-P1P2KK

泡克爾斯盒··硝基苯，若l=3cm,d=0.8cm,λ=600nm的黃光，則產(chǎn)生

k=

時(shí)的電壓?？藸柡械膽?yīng)用:...克爾盒的缺點(diǎn):...第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月不加電場→P2

不透光加電場→晶體變雙軸晶體→原光軸方泡克爾斯效應(yīng)引起的相位差——線性電光效應(yīng)no—o光在晶體中的折射率；V

—電壓；r

—電光常數(shù)。應(yīng)用:三.磁致雙折射科頓—穆頓效應(yīng)向附加了雙折射效應(yīng)→P2

透光。第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月§8旋光現(xiàn)象一.物質(zhì)的旋光性使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)

旋光物質(zhì)a—旋光率二.菲涅耳的解釋線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的左(L)、右(R

)旋圓偏振光的合成。旋轉(zhuǎn)的角度：

d第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月EELER·o

光通過旋光物質(zhì)后，初相要滯后ELERE(a)(b)ELERE

R

L

同一時(shí)刻(a)(b)

d設(shè)入射時(shí)L、R初相為0，旋光物質(zhì)長d第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月在出射面上:由圖示，有：令——旋光率則第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三.量糖術(shù)對溶液有──溶液的旋光率c──溶液的濃度──溶液的比旋光率“量糖計(jì)”四.磁致旋光