光的偏振及相關(guān)知識(shí)

2024/4/261關(guān)于光的偏振及相關(guān)知識(shí)2024/4/262§1自然光與偏振光一.光的偏振性1.定義

偏振：偏振現(xiàn)象

橫波

振動(dòng)面

波振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性.2.偏振態(tài)的種類：橢圓偏振光自然光、平面偏振光(線偏振光)、部分偏振光、

圓偏振光、第2頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/263自然光（非偏振光）一般光源發(fā)出的光圓偏振光橢圓偏振光左旋右旋偏振態(tài)的分類部分偏振光完全偏振光左旋右旋平面偏振光（線偏振光）一般，用單色光討論偏振態(tài)。第3頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/264二.自然光與偏振光

1平面偏振光(線偏振光)振動(dòng)面

光矢量（）只在一個(gè)固定平面內(nèi)沿單一方向振動(dòng)的光叫線偏振光（也稱平面偏振光）光振動(dòng)方向與傳播方向

決定的平面稱為振動(dòng)面

·面對(duì)光的傳播方向看第4頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/265線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解EEyEx

yx

表示法：·····光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)平行板面第5頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/266獨(dú)立、同一原子不同時(shí)刻發(fā)的光

普通光源(自發(fā)輻射產(chǎn)生)一般發(fā)射自然光獨(dú)立、不同原子同一時(shí)刻發(fā)的光

·

·

D

=(E2-E1)/h

E1

E2

波列

波列長

L=cDt

發(fā)光時(shí)間Dt

10-8s原子發(fā)光：瞬息萬變的初相位；此起彼伏、方向不定的間歇振動(dòng)。自發(fā)輻射躍遷2.自然光第6頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/267自然光特點(diǎn)在垂直光線的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動(dòng)的概率均等.XYZE沒有優(yōu)勢(shì)方向這種大量振幅相同、各種振動(dòng)方向都有、彼此沒有固定相位關(guān)系的光矢量的組合叫非偏振光或自然光?？偣鈴?qiáng)Ey

Ex

圖示法

可以分解為彼此獨(dú)立、振幅相等、振動(dòng)方向互相垂直、不相干的兩束線偏振光.第7頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/268xyz部分偏振光及其表示法垂直紙面的光振動(dòng)較強(qiáng)在紙面內(nèi)的光振動(dòng)較強(qiáng)3.部分偏振光

可以看成自然光和線偏振光的混合.

偏振度意義：對(duì)各種偏振程度不同的光給以定量描述。注意：Imax、Imin的方向必須相互垂直第8頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/269偏振度0﹤P﹤1平面偏振光:Imin=0，P=1自然光：Imax=Imin，P=0部分偏振光：Io—總光強(qiáng)IP—偏振光的光強(qiáng)In—自然光的光強(qiáng)IP

=

0P

=

0

自然光In

=

0P

=

1

線偏振光第9頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2610§2線偏振光和部分線偏振光振動(dòng)方向相互垂直的兩列光波的疊加

振動(dòng)

垂直相位

相同

說明：

一束線偏振光自然光偏振片

線偏振光?

兩束垂直

、同相的線一.線偏振光的表示第10頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2611二.起偏和檢偏1.起偏

(1)物質(zhì)的二向色性，

(2)反射和折射，

(3)雙折射,

(4)散射，

….從自然光獲得偏振光叫“起偏”，相應(yīng)的光學(xué)器件叫“起偏器”。3.物質(zhì)的二向色性起偏二向色性：

如:

電氣石對(duì)o

光和e

光的吸收有很大差異.

晶體對(duì)光振動(dòng)選擇吸收的特性。

2.起偏的途徑利用某種形式的不對(duì)稱性,如第11頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2612電氣石

Z

1mm

厚的電氣石可將

o

光吸收凈，e

光卻有剩余——可制成偏振片.

人造偏振片：聚乙烯醇加熱拉伸碘液浸染玻片保護(hù)偏振片的透振方向：偏振片透過電矢量的方向。

線偏振光用偏振片獲得線偏振光偏振化方向Z偏振片出射光強(qiáng)第12頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2613偏振片--大分子物質(zhì)對(duì)振動(dòng)方向反映出吸收系數(shù)不同偏振化方向自然光振線偏光偏振片第13頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2614形象說明偏振片的原理通光方向腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門第14頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26154.檢偏用偏振器件分析、檢驗(yàn)光束的偏振狀態(tài)稱“檢偏”。偏振片既可“起偏”又可“檢偏”。設(shè)入射光可能是自然光、線偏振光或部分偏振光，如何用偏振片來區(qū)分它們？以光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)P:I不變—？I變，有消光—？I變，無消光—？自然光線偏振光部分偏振光I?P待檢光第15頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2616起偏器檢偏器一般情況下

I=？第16頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2617P

I0IPE0

E=E0cos

馬呂斯定律(1809)——消光三.

馬呂斯定律線偏振光經(jīng)過偏振片前后的光強(qiáng)關(guān)系第17頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2618例題1用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。在它們的偏振化方向成300角時(shí)，觀測(cè)一光源，又在成600角時(shí)，觀察同一位置處的另一光源，兩次所得的強(qiáng)度相等。求兩光源照到起偏器上光強(qiáng)之比。解:令I(lǐng)1和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強(qiáng)。透過起偏器后，光的強(qiáng)度分別為I1/2和I2/2。按照馬呂斯定律，透過檢偏器后光的強(qiáng)度為所以但按題意即第18頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2619光強(qiáng)為I0

的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強(qiáng)為I0/8，已知P1

P3，問：P1、P2間夾角為何？解:分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例題2第19頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2620書P309頁，例5.1將兩塊理想的偏振片P1和P2共軸放置如圖所示，然后將強(qiáng)度為I1的自然光和強(qiáng)度為I2的線偏振光同時(shí)垂直入射到P1上，從P1透射后又入射到偏振片P2上，試問：（1）P1不動(dòng)，將P2以光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周，從系統(tǒng)透射出來的光強(qiáng)將如何變化？（2）欲使從系統(tǒng)透射出來的光強(qiáng)最大，應(yīng)如何放置P1和P2？P2自然光I1線偏振光I2P1···

透振方向第20頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2621解：已知自然光強(qiáng)I1，線偏振光光強(qiáng)I2，設(shè)線偏振光振動(dòng)方向與P1透振方向夾角為

則，經(jīng)P1后透射光強(qiáng)為經(jīng)P2后透射光強(qiáng)為（1）將P2轉(zhuǎn)動(dòng)一周，可得時(shí)，光強(qiáng)最大時(shí)，光強(qiáng)最小（2）由（1）中討論可知，當(dāng)

=0o，180o且

=0o時(shí)，系統(tǒng)光強(qiáng)最大。先固定P1，轉(zhuǎn)動(dòng)P2使透射光強(qiáng)達(dá)到最大；然后同步轉(zhuǎn)動(dòng)P1和P2，使透射光強(qiáng)達(dá)到最大即可。第21頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2622書P.312例5.2通過偏振片觀察一束部分偏振光。當(dāng)偏振片由對(duì)應(yīng)透射光強(qiáng)最大位置轉(zhuǎn)過60o時(shí)，其光強(qiáng)減為一半。試求這束部分偏振光的強(qiáng)度之比和光束的偏振度。解：設(shè)部分偏振光分為自然光強(qiáng)為In和強(qiáng)度為Ip的線偏振光的疊加。經(jīng)偏振片P后透射光強(qiáng)最大為(=0o)P

Ip偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)60o(=60o)后透射光強(qiáng)為由題意，即整理得偏振度第22頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2623布儒斯特角反射光——垂直入射面振動(dòng)的成分多。折射光——？部分偏振光偏振光四.反射和折射光的偏振第23頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2624布儒斯特定律互余空氣→玻璃玻璃→空氣??t??yü°==°==--

42’3350.100.1

18’5600.150.1

1b1btanitani第24頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2625平行玻璃板上表面反射光是偏振光.？注意：上表面的折射角等于下表面的入射角通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反射獲得較強(qiáng)的偏振光，你有什么好主意？下表面的反射光是否也是偏振光？！=第25頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2626玻璃片堆要提高反射線偏振光的強(qiáng)度，可利用玻璃片堆的多次反射?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ0··············玻璃片堆第26頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2627例題：畫出下列圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態(tài)。第27頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2628應(yīng)用舉例②

制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。③

若在所有汽車前窗玻璃和大燈前都裝上與

地面成45

角、且向同一方向傾斜的偏振片，可以避免汽車會(huì)車時(shí)燈光的晃眼。①測(cè)量不透明介質(zhì)的折射率？第28頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2629④在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時(shí)，去掉反射光的干擾未裝偏振片裝偏振片第29頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2630（C）用偏光鏡消除了反射偏振光使玻璃門內(nèi)的人物清晰可見（A）玻璃門表面的反光很強(qiáng)（B）用偏光鏡減弱了反射偏振光第30頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2631⑤

外腔式激光管加裝布儒斯特窗

以利于激光的形成，激光輸出為線偏振光.光來回反射時(shí)，光強(qiáng)垂直分量反射損耗太大不能形成激光，這樣，光強(qiáng)平行分量就更易形成激光.·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

·

i0

i0

·

激光輸出

布儒斯特窗

M1

M2

·

·

i0

i0

第31頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2632

1-2小結(jié)一、光的偏振態(tài)

自然光、線偏振光、部分偏振光二、線偏振光的獲得

偏振片法、反射和折射法、雙折射法三、基本物理定律（光強(qiáng)變化）1.布儒斯特定律:2.馬呂斯定律:四、偏振光的應(yīng)用實(shí)例

立體電影、汽車車燈、生物視覺、激光器的諧振腔、偏光顯微鏡等等第32頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2633作業(yè):3-5作業(yè)

索末菲曾寫信給他的學(xué)生海森堡，告誡他:

“要勒奮地去做練習(xí),只有這樣，你才會(huì)發(fā)現(xiàn)，哪些你理解了,哪些你還沒有理解.”3~5第33頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2634§3光通過單軸晶體時(shí)的雙折射2.e光(非常光):不遵循折射定律.一.雙折射現(xiàn)象一束光入射在介質(zhì)中折射為兩束光（o光、e光）的現(xiàn)象.eo

雙折射現(xiàn)象

1.o光(尋常光):遵循折射定律.

第34頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2635象折射現(xiàn)雙折射現(xiàn)方解石晶體CaCO3紙面雙折射現(xiàn)象第35頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2636光光雙折射紙面方解石晶體光光雙折射紙面方解石晶體光光雙折射紙面方解石晶體光光雙折射紙面方解石晶體光光雙折射紙面方解石晶體

o光的像e光的像當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)o光的像不動(dòng)，e光的像圍繞o光的像旋轉(zhuǎn)。第36頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2637(如前圖，入射角=0，但折射角re

0)

且e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。

自然光n1noirore(各向異性媒質(zhì))o光e光雙折射

1.尋常光(o光)兩束折射光中，遵守折射定律的折射光，稱尋常光(正常光)n1sini=nosinro2.非尋常光(e光)不遵守折射定律的折射光，稱非尋常光(非常光)(sini/sinre)

const第37頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2638單軸晶體：方解石,石英,紅寶石等.雙軸晶體：云母,藍(lán)寶石,橄欖石等.1.光軸:

不發(fā)生雙折射的任一直線.二.光軸與主截面

ABCD

光軸光在晶體內(nèi)沿光軸傳播當(dāng)光在晶體內(nèi)沿光軸傳播時(shí)不發(fā)生雙折射光軸是一個(gè)方向注意：光軸在晶體內(nèi)e光光軸

e光的主截面o光光軸

o光的主截面····

主截面

2.主截面：（主平面：光軸+光線）o光的主截面—由o光的傳播方向與光軸組成；

e光的主截面—由e光的傳播方向與光軸組成。

第38頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2639此情形下，

o光的振動(dòng)方向

e光的振動(dòng)方向(我們主要討論這種情況)

3.偏振特點(diǎn)(1)o光、e光都是線偏振光(2)o光的振動(dòng)方向

o的主截面e光的振動(dòng)方向

e的主截面(3)當(dāng)光軸在入射面內(nèi)(或說“入射面包含光軸”)的情況下，

o光的主截面和e光的主截面重合第39頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2640三.o光和e光的相對(duì)光強(qiáng)

(1)自然入射到晶體上：

自然光n1noirore(各向異性媒質(zhì))o光e光雙折射

垂直照射Io=

Ie(2)線偏振光入射到晶體上時(shí)：

晶體中：

光軸方向

x

A

y

q

θ

為

e

光傳播方向與光軸的夾角.第40頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2641光軸方向

x

A

y

q

出射光（空氣中）：

即：

第41頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2642例題強(qiáng)度為I的自然光，垂直入射到方解石晶體上后又垂直入射到另一塊完全相同的晶體上。兩塊晶體主截面之間的夾角為

，試求當(dāng)

分別等于300和1800時(shí)，最后透射出來的光束的相對(duì)強(qiáng)度（不考慮反射、吸收的損失）例：5.4

P.321解：經(jīng)第一塊晶體后：經(jīng)第二塊晶體后相對(duì)強(qiáng)度為z1z2z1z2第42頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2643經(jīng)第二塊晶體后由于兩塊晶體相同，兩主截面夾角為180°，此時(shí)它們光軸方向關(guān)于表面法線對(duì)稱，則e光在第一塊晶體中的偏折方向與在第二塊晶體中的偏折方向相反，因而從第二塊晶體出射的o光和e光傳播方向重合，成為一束自然光。其強(qiáng)度為：z1z1第43頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2644振動(dòng)方向不同的折射波具有不同的位相，也就具有不同的位相傳播速度（相速）?！?光在晶體中的波面1.雙折射現(xiàn)象的定性解釋:

(1)構(gòu)成晶體的原于、離子是各向異性的振子。三個(gè)方向上有不同的固有頻率

1、

2和

3(2)光入射時(shí)，粒子產(chǎn)生受迫振動(dòng)受迫振動(dòng)發(fā)出的次波疊加形成晶體中的折射波(3)當(dāng)入射光中光矢量的振動(dòng)方向與某一個(gè)重合時(shí)，則受迫振動(dòng)的位相與該方向的固有頻率有關(guān)，振動(dòng)頻率與入射光頻率相同第44頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2645單軸晶體

1為平行于晶體的光軸方向的固有振動(dòng)頻率

2為垂直于光軸方向的固有頻率O光CA1A2A3光軸C為晶體中作受迫振動(dòng)的一個(gè)粒子?

o光在各個(gè)方向上的速度都相同。O光矢量波面為球面。2o光的波面振動(dòng)方向

o的主截面沿著任何方向傳播的光，都使得振子在垂直于光軸的方向上振動(dòng)與固有頻率為

2有關(guān)因此在各個(gè)方向上有相同的速度

0

第45頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2646―?使振子作受迫振動(dòng)的位相差與

1有關(guān)e光CA1A2A3☆e光波面為旋轉(zhuǎn)橢球面?！飁光傳播方向不一定垂直于波面3

e光的波面e光的振動(dòng)方向

e的主截面對(duì)不同的傳播方向，光振動(dòng)的方向與光軸成不同的角度CA1方向的振動(dòng)光軸―?受迫振動(dòng)和入射光的電矢量間的位相差與

2有關(guān)這個(gè)方向上速度

oCA2方向的振動(dòng)光軸這個(gè)方向上的速度

e

?振動(dòng)方向主截面的光是e光；e光在各個(gè)方向上的光速不同。第46頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2647☆雙折射的實(shí)質(zhì)可表述為：

晶體中o、e兩光具有不同的相速。?o光波面為球面e光波面為旋轉(zhuǎn)橢球面沿光軸方向上，o光和e光的光矢量均在垂直于光軸方向振動(dòng)o光和e光的相速相同不發(fā)生雙折射o、e光波面在光軸方向相切第47頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2648在光軸的方向上，兩種子波面相切

子波源

o

t

e

t光軸正晶體(

o>

e)

o

t

e

t光軸

負(fù)晶體(

o<

e)子波源

正晶體、負(fù)晶體中o光和e光的子波面

4、正晶體與負(fù)晶體單軸晶體分為正晶體和負(fù)晶體正晶體：

0>

e

，(no<ne)如石英、冰等負(fù)晶體：

e>

o，(ne<no)如方解石、紅寶石等

☆o光和e光的子波面

第48頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2649§5晶體中光的傳播方向一.

單軸晶體內(nèi)o光與e光的傳播方向研究方法：惠更斯作圖法，新波面為子波面的包絡(luò).

o光的傳播方向

垂直于o光的波面e光的傳播方向

不垂直于e光的波面（除光軸方向和垂直于光軸方向外）O光振動(dòng)方向

O光的主截面O光在各個(gè)方向上的速度都相同O光矢量波面為球面(1)傳播方向和波面的關(guān)系(2)O光的特點(diǎn)☆注意事項(xiàng)第49頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2650(3)e光的特點(diǎn)

e光的振動(dòng)方向平行于主截面沿光軸方向的速度為

o;垂直于光軸方向的速度為

e

e光的波面是旋轉(zhuǎn)橢球面(4)o光、e光波面之間的關(guān)系o光、e光沿光軸方向的速度相同，故在波面光軸方向相切1.以i角入射到晶體，光軸在入射面內(nèi)

e>

o晶體i····voΔtveΔtcΔtA····BDeo

re··光軸r0··第50頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2651(2)過A點(diǎn)作AB垂直BD;AB為入射光波面。(3)求出B到D的時(shí)間

t,

t=BD/C入射面與主截面重會(huì)，則o光和e光在主截面內(nèi)。(4)確定O光折射線方向：0光服從折射定律以A為圓心，

o

t為半徑作半圓，過D向半圓到切線交于O(切點(diǎn))，連接AO即為o光方向☆惠更斯作圖法基本步驟(1)平行光入射界面上A、D兩點(diǎn)；晶體i····cΔtA····BDeo

re··光軸r0··第51頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2652(5)確定e光折射線方向：e光與o光波面在光軸上相切。對(duì)負(fù)晶體,e光波面是扁橢球，過D作e光波面切點(diǎn)E，連接AE，則為e光折射線。(6)畫出o光和e光的偏振態(tài)：o光與e光與光軸構(gòu)成的主平面重合且為紙平面，則e光電矢量振動(dòng)方向在主平面內(nèi)o光電矢量振動(dòng)方向垂直于主平面晶體i····cΔtA····BDeo

re··光軸r0··第52頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2653

o、e傳播方向相同

但速度不同，vo

ve晶體

光軸oeoe2.光軸垂直于晶體表面，正入射

在晶體內(nèi)光沿光軸傳播

o、e速度相同無雙折射

e=

o······光軸晶體····自然光3.光軸

界面且垂直于入射面自然光正入射有雙折射第53頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2654o、e傳播方向相同

但速度不同惠更斯作圖法·

·

·

·

eo

e

o光軸晶體

·

·

·

·4.光軸

界面且位于入射面內(nèi)自然光正入射有雙折射3,4情況，即:o、e光重合,但有光程差

波晶片原理

第54頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2655二、單軸晶體的主折射率此特殊情況

(光軸

入射面)下，e光形式上滿足折射定律，例：光軸

界面，且垂直入射面，

自然光斜入射注意：此圖中·為e振動(dòng)，|

為o振動(dòng)

惠更斯作圖法(例)

····晶體

光軸i1i2oi2eo········votveteoectn1

sini1=nosini2on1

sini1=nesini2e

o光主折射率e光主折射率第55頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2656對(duì)嗎？例題

用方解石切割成正三角形截面的棱鏡，自然光以i角入射，定性畫出o光、e光的振動(dòng)方向，傳播方向。光軸

解：方解石——負(fù)晶體——垂直光軸方向ve>voo光

e光i

e光o光

o光、e光只在晶體內(nèi)部才有意義！只有在晶體內(nèi)部才有意義第56頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2657§6偏振器件偏振器（起、檢、偏器）

玻璃片堆，偏振棱鏡.一.尼科爾棱鏡（1828）

由兩塊特殊要求加工的直角方解石用加拿大樹膠粘合而成。二向色性偏振片（人造偏振片），

玻璃片，第57頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2658ACNM偏振光產(chǎn)生過程······ACNMeeo對(duì)Na光：

no=1.658,ne=1.486,n膠=1.550第58頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2659可以用作起偏器與檢偏器....Ie=（1/2）Iθ是入射光矢量振動(dòng)方向與棱鏡主截面之間的夾角Ie=I·cos2

入射光光強(qiáng)為I第59頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2660前一半二、沃拉斯頓棱鏡（偏光分束鏡）ZZ方解石

no>neo光e光e光后一半o光注意：光在兩塊方解石中都是垂直光軸傳播。折射角小于入射角折射角大于入射角由兩個(gè)方解石直角棱鏡粘合而成第60頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2661ZZ請(qǐng)你練習(xí)

畫出自然光垂直通過洛匈棱鏡（方解石磨制）o光、e光的傳播方向，振動(dòng)方向！o光e光o光e光A中的o光變?yōu)锽中的e光：遠(yuǎn)法線折射A中的e光與B中的o光折射率相等方向不變.洛匈棱鏡：

可用于強(qiáng)激光情況.

第61頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2662光軸與晶體表面平行的單軸晶體o光和e光可以沿同一方向傳播，這樣的晶體叫做波片

想想，屬于我們前面講的哪種情況？晶體

光軸oeoe····

eoe

o光軸晶體·

·

··三.波（晶）片1.什么是波片第62頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26632.光在波片中的傳播結(jié)構(gòu)：是光軸平行表面的晶體薄片。厚度為d，do光：Eo=Aocosω(t-z/vo)

其中：Ao=AsinθAe=Acosθe光：Ee=Aecosω(t-z/ve)

晶體中：

晶體中e

、o光的相位差：第63頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2664dnod——o光在波片中的光程ned——e光在波片中的光程光程差：

=

(no-ne)d出射晶體后：(晶體厚度為d）其中：第64頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2665從晶片出射的是兩束

傳播方向相同、

振動(dòng)方向相互垂直、

振幅分別為Ao和Ae的、

相位差為

的線偏振光。

AAoAeθ光軸P晶片對(duì)光的分解

自然光入射晶片：o光、e光光強(qiáng)比1，無固定相位差線偏振光正入射晶片:o、e光振幅關(guān)系：A0=Asinθ

Ae=Acosθ

第65頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26663.定義：

1/4波片：

半波片：AAoAeAo'

2與光軸夾角為

的線偏振光經(jīng)過半波片后，出射光偏轉(zhuǎn)2

仍為線偏振光

!全波片：第66頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2667作業(yè)：6~11

作業(yè)

逆水行舟用力撐，一篙松勁退千尋；古云“此日足可惜”，吾輩更應(yīng)惜秒陰。

董比武

6~11

第67頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2668§7橢圓偏振光和圓偏振光圓偏振光——電矢量大小不變，末端在波面內(nèi)描繪出一個(gè)圓。一、圓偏振光和橢圓偏振光的描述1.定義ExEyEwyxO某時(shí)刻左旋圓偏振光E隨z的變化0

y

yx

z傳播方向

/2xE第68頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2669橢圓偏振光——電矢量大小改變，末端在波面內(nèi)描繪出一個(gè)橢圓。迎著光線方向看，順時(shí)針——右旋逆時(shí)針——左旋{左旋圓偏振光0

y

yx

z傳播方向

/2xE第69頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26702.描述橢圓偏振光可通過兩列頻率相同，振動(dòng)方向相互垂直，沿同一方向傳播的線偏振光疊加得到。端點(diǎn)軌跡方程：y振動(dòng)超前x

振動(dòng)

橢圓

第70頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2671

=0討論線偏振光光矢量位于Ⅰ、Ⅲ象限

?①

=

②線偏振光?光矢量位于Ⅱ、Ⅳ象限第71頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2672

=/2③

>0，

右旋

<0，

左旋

橢圓偏振光Ax

Ay

橢圓偏振光Ax=Ay

圓偏振光{④

=其他值斜向橢圓偏振光第72頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2673yD

D

第73頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2674晶片是光軸平行表面的晶體薄片。yθdxAAoAe線偏振光光軸

通過厚為d的晶片，e光、o光產(chǎn)生相位差：AAoAeθ光軸P

振幅關(guān)系：橢圓偏振光d光軸晶片1.晶片二.橢圓偏振光和圓偏振光的獲得第74頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2675則出射光為圓偏振光。若且

2.波（晶）片1/4波片——線偏振光→圓偏振光——線偏振光→線偏振光可從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）（是對(duì)某個(gè)確定波長

而言的）波片厚度滿足——線偏振光→橢圓偏振光第75頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2676三、自然光改造成橢圓或圓偏振光自然光入射：無固定相位差ydxoe光軸自然光

——自然光合成后為橢圓偏振光(1)橢圓偏振光的獲得線偏振光通過一晶片后可分解為兩束線偏振光傳播方向相同振動(dòng)方向垂直振幅Ao=Asin

Ae=Acos

相位差yxoe光軸A

橢圓偏振光線偏振光第76頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2677P45

/4片自然光圓偏振光圓起偏器線偏振光偏振片圓偏振光的獲得

(2)圓偏振光的獲得若

=45

且晶片

是

/4片出射光為圓偏振光第77頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2678小結(jié)

自然光線偏振光(光軸與主軸重合)線偏振光(

=0,90

)線偏振光(

=45

)圓偏振光橢圓偏振光(正橢圓)四分之一波片線偏振光圓偏振光橢圓偏振光自然光

1/4波片的作用

yxoe光軸A

?線偏振光第78頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2679§8偏振態(tài)的實(shí)驗(yàn)檢定第一步:五種情況分成了三組，線偏振光已被檢出偏振片(并轉(zhuǎn)動(dòng))線偏振光

I變、有消光圓偏振光

自然光

I不變部分偏振光

(線+非)

I變、無消光橢圓偏振光

第二步:

四分之一波片偏振片(并轉(zhuǎn)動(dòng))自然光

圓偏振光

自然光

I不變線偏振光

有消光橢圓偏振光

線偏振光*

有消光部分偏振光

部分偏振光

I變無消光第79頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2680例題

如圖，

P1

、P2

為透振方向平行的偏振片，

K是主折射率為

no

和

ne

的波晶片，其光軸平行于折射表面。若波長為

的入射光經(jīng)圖示系統(tǒng)后被消光。

求此晶片的光軸方向和厚度。

KP2P1解:

入射光經(jīng)

P1

變?yōu)榫€偏振光，經(jīng)

K后能被

P2

消光，說明其振動(dòng)而轉(zhuǎn)過90°。因

/2片

才能使線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過2

角，故此晶片為

/2片，其光軸與

P1

成45°，最小厚度為

第80頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2681作業(yè)：12,13,14作業(yè)

崇德:追求高尚品德；博雅:學(xué)習(xí)廣博知識(shí)； 培養(yǎng)高雅情趣；弘志:胸懷恢弘志向；信勇:為人誠實(shí)守信； 做事敢為人先。 共勉之

12,13,14第81頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2682§9偏振光的干涉光波干涉的條件：

頻率相同、振動(dòng)方向一致或有平行分量、有固定的位相差。兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直的直線偏振光干涉嗎?如果這兩光投影在某一方向上，它們將會(huì)在這個(gè)方向上發(fā)生干涉，這就是偏振光的干涉。合成后為橢圓偏振光傳播方向相同振動(dòng)方向垂直振幅Ao=Asin

Ae=Acos

相位差yxoe光軸A

橢圓偏振光線偏振光線偏振光通過一晶片后可分解為兩束線偏振光第82頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2683一.偏振光干涉的實(shí)驗(yàn)裝置

單色自然光偏振片P1透振方向d波片C光軸方向線偏振光A

oe透振方向偏振片P2相干屏

單色自然光偏振片P1透振方向

d波片C光軸方向透振方向偏振片P2相干屏第83頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2684一.偏振光干涉的實(shí)驗(yàn)裝置

單色自然光偏振片P1透振方向

d波片C光軸方向透振方向偏振片P2相干屏二.線偏振光干涉的強(qiáng)度分布

A2oP2P1CA1A1oA1eA2e在P2

后：在P1

后：線偏振光A1

波片C第84頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2685干涉光強(qiáng)：波片引入的位相差：

'=

——P1，P2在波片光軸的同側(cè)。

+——P1，P2在波片光軸的異側(cè)。{第85頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2686—相長干涉—相消干涉若單色光入射，則屏上為等厚條紋。且d不均勻，P1，P2在波片光軸的同側(cè)P1，P2在波片光軸的異側(cè)—相消干涉—相長干涉第86頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2687特例：（1）P1//P2，（2）P1

P2，——P1，P2在波片光軸的異側(cè)第87頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2688§10光彈性效應(yīng)一.彈光效應(yīng)

光測(cè)彈性儀均勻透明介質(zhì)

應(yīng)力

異性透明介質(zhì)

檢驗(yàn)

：

透明材料內(nèi)部的應(yīng)力分布.

如：

天文望遠(yuǎn)鏡鏡頭，玻璃、塑料工件的質(zhì)量實(shí)驗(yàn)表明

（s:應(yīng)力

C:材料系數(shù)）

光測(cè)

彈性學(xué)：進(jìn)行(解決)工程設(shè)計(jì)中

介質(zhì)的應(yīng)力分析

(問題

).

第88頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2689第89頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2690第90頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2691本章結(jié)束謝謝大家第91頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2692作業(yè)：15—21

作業(yè)：

15—21為學(xué)應(yīng)須畢生力，攀高貴在少年時(shí)。

——蘇步青第92頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2693例題例1試設(shè)計(jì)三種使偏振光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過90

的方法.光所通過的晶體類旋光物質(zhì)厚度l與線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過角度

的關(guān)系為

=

l,式中為旋光率(度/毫米)。要使振動(dòng)面轉(zhuǎn)過90所需晶體厚度l=90/。半波片不改變?nèi)肷渚€偏振光性質(zhì)，但可使其振動(dòng)面轉(zhuǎn)過2

角。當(dāng)半波片的光軸與入射線偏振光的振動(dòng)方向成

=45

角時(shí),振動(dòng)面就轉(zhuǎn)過90

。解：(2)用半波片。(1)用旋光物質(zhì)(如石英)。第93頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2694

（3）用兩個(gè)偏振片P1

和P2,先讓P2

繞光的傳播方向轉(zhuǎn),并停在出射光強(qiáng)為零的位置上，此時(shí)P2的偏振化方向與入射線偏振光的振動(dòng)方向相互垂直。

然后在P2前面插入P1，只要P1與P2的偏振化方向不垂直也不平行，那么由P2出射的線偏振光的振動(dòng)方向相對(duì)入射線偏振光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過90

，其振幅矢量如圖所示，圖中A為入射線偏振光的振幅。第94頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2695例題17-14如圖所示，偏振片P1和P2相互正交，當(dāng)入射于偏振片P2的偏振光已是橢圓偏振光時(shí)，在視場E處的振幅如何？如果P2和P1不相正交，則又如何？d晶片C

偏振片P2

單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向偏振化方向第95頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2696解按題意所以它代表振幅為A2e和A2o兩相干線偏振光之間的相位差，按同方向振幅的疊加，得合振幅為當(dāng)偏振片P1和P2相互正交，第96頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2697如果P1和P2不正交，設(shè)這時(shí)P2和晶片C光軸間的夾角為例如由此可知，把偏振片P2旋轉(zhuǎn)一周在觀察透射光時(shí)，我們將看到透射光強(qiáng)連續(xù)變化，但光強(qiáng)為零的位置并不可能出現(xiàn)。第97頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2698例題17-15如圖所示，偏振片P1和P2相互正交，當(dāng)入射于偏振片P2的偏振光已是圓偏振光時(shí)，在視場E處的振幅矢量的量值如何？如果P2和P1不相正交，則又如何？解按題意知d晶片C

偏振片P2

單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向偏振化方向第98頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/2699如果偏振片P1和P2相互正交，則由上題結(jié)果可得振幅為如果偏振片P1和P2不相互正交，設(shè)P2的偏振化方向與晶片C光軸間的夾角為。這時(shí)第99頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26100所以此時(shí)視場E處的振幅為這一結(jié)果表明，當(dāng)圓偏振光入射于偏振片時(shí)，我們把偏振片旋轉(zhuǎn)一周而觀察透射光時(shí)，可看見透射光的光強(qiáng)并不會(huì)有所變化。第100頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26101若為單色光入射，且晶片d不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋。若為白光入射，有三種情況：如晶片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。如晶片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101頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26102練習(xí)題1一束部分橢圓偏振光，沿著z方向傳播，通過一個(gè)完全線偏振的檢偏器。當(dāng)檢偏器的透振方向沿y軸時(shí)，透射光強(qiáng)度最小，其值為I0

，當(dāng)透光方向沿軸時(shí)，透射光強(qiáng)度最大，其值為1.5I0.求：（1）偏振器透光方向與x軸成θ角時(shí)，透射光強(qiáng)度如何？（2）若使原來的光束先通過一個(gè)1/4波片，而后再通過檢偏器，且使1/4波片的光軸沿著x軸方向，則當(dāng)檢偏器的透光方向與x軸成30o角時(shí),透過的光的強(qiáng)度最大，試求出此最大強(qiáng)度，并求出入射光強(qiáng)中非偏振成分的比例。

第102頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26103練習(xí)題2如圖，正交尼科耳N1和N2之間插入一晶片，其主截面zz

與第一個(gè)尼科耳N1夾角，晶片對(duì)波長為的光的o光、e光折射率分別為，若透過第二個(gè)尼科耳光強(qiáng)極大，求晶片的最小厚度以及透射光與入射光光強(qiáng)之比。已知

第103頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26104練習(xí)題3在偏振方向正交且平行放置的兩偏振片P1，P2之間平行插入一方解石薄片，厚度為3×10-3mm，光軸與表面平行。已知光軸與P1成45o角，問：（1）可見光中不能通過此裝置的波長為多少？（2）若使所有的光都不能通過此裝置，光軸與P1的夾角是多少？（方解石no=1.658,ne=1.486,且認(rèn)為波長為400nm-700nm的光均為此值）第104頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26105練習(xí)題4用一偏振片檢驗(yàn)橢圓偏振光時(shí)，透過偏振片的光強(qiáng)將隨偏振片的旋轉(zhuǎn)角度變化，對(duì)于已設(shè)定的坐標(biāo)系統(tǒng)，已知合成為橢圓偏振光的兩個(gè)垂直振動(dòng)之間的相位差為Δφ，試導(dǎo)出透射光強(qiáng)隨偏振片旋轉(zhuǎn)角度變化的普遍公式。

第105頁,共124頁，2024年2月25日，星期天2024/4/26106練習(xí)題5如圖所示，在平面反射鏡上相繼放置一個(gè)1/4波片和一個(gè)偏振片，偏振片的透光軸與1/4波片的光軸夾角為θ.光強(qiáng)為I