光的偏振教學

光的偏振教學線偏振光●部分偏振光●右旋圓偏振光圓偏振光本章主要講偏振光的產(chǎn)生(起偏)和檢驗(檢偏)左旋橢圓偏振光橢圓偏振光1.自然光:一.偏振態(tài)的表示:E●傳播方向E偏振面

任意時刻，可以把每個光矢量分解成相互垂直的兩個光矢量分量，自然光可以用下圖表示。每個光矢量分量的光強等于自然光光強的一半。···●平面當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，光強發(fā)生變化★★晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏雙折射的概念(晶體各向異性)i0—布儒斯特角或起偏角★一般來說，O光主中存在一個特殊的方向，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，如果波片的厚度使得:★★晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏★★晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏2.線偏振光線偏振光●光矢量與板面斜交3.部分偏振光部分偏振光●............·····光振動垂直板面光振動平行板面相互獨立的●

y

yx

z傳播方向

/2x某時刻右旋圓偏振光E隨z的變化E

04.圓偏振光\橢圓偏振光右旋圓偏振光可以看作互相垂直的兩個線偏振光的合成.且y向光矢量的振動位相超前π/2;如果y向落后π/2形成左旋圓偏振光.;如果它們的振幅相等可得正橢圓偏振光.二.起偏:1.線偏振光:①偏振片:

是用某種晶粒(碘硫酸金雞鈉)按一定方式涂在一層薄的透明膜上制成.它具有強烈的二向色性：只允許某一方向的光通過-----偏振化方向.I0偏振化方向自然光線偏振光偏振片1/2I0非偏振光I0線偏振光IP偏振化方向(透振方向)···(也可直接利用某些晶體的二向色性---電氣石)②玻璃片堆利用玻璃堆獲得偏振光.......................線偏振光自然光入射i0(玻璃片足夠多時)..........in1n2r以任意角度入射以任意角度入射時，反射光和折射光都為部分偏振光。實驗和理論都表明：反射光中垂直于入射面振動的光的強度比較大，折射光中在入射面內(nèi)振動的光的強度比較大。以布儒斯特角入射時，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+=i0i=i0時，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)·····n1n2i0i0r0線偏振光··S起偏振角··若n1

=1.00(空氣)，n2=1.50(玻璃)，則：★光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射中存在一個特殊的方向，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)I變，有消光？是什么光o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，★一般來說，O光主馬呂斯定律（1809）★★晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏沃拉斯頓棱鏡在入射面內(nèi)振動的光的強度比★當入射光線在主截面內(nèi)時，O光、e光以及每個光矢量分量的光強等于自然光光強的一半。o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)(垂直入射時e光也不沿原方向)③利用晶體特性制成的各種偏振棱鏡尼科耳棱鏡:偏光鏡:

格蘭─湯姆孫棱鏡偏光分束鏡:

沃拉斯頓棱鏡·12方解石方解石·······oe光軸光軸·············光軸方解石玻璃樹膠(n=1.655)eo吸收涂層i............900φoe220680oeAMCN自然光加拿大樹膠光軸..◆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)2.部分偏振光◆反射與折射◆散射◆一般晶體的二向色性..........in1n2r以任意角度入射3.圓偏振光\橢圓偏振光◆利用晶體波片.使λ的線偏振光一分為二,產(chǎn)生互相垂直的有固定位相差的兩個線偏振光其合成光束一般為橢圓偏振光.如果波片的厚度使得:線偏振光橢圓偏振光圓偏振光....自然光線偏振光.波片光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體三.光在晶體中的傳播,雙折射光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)二向色性：只允許某一方向的光通過-----偏振i=i0時，反射光只有S分量★★晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)主截面：晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。光強發(fā)生變化o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)正晶體:ne>no當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)如果波片的厚度使得:當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，光強發(fā)生變化光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)反射光中垂直于入射面振動光在晶體中的傳播,雙折射光強為零當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，I變，有消光？是什么光o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)單軸晶體：只有一個光軸的晶體(方解石、石英)★O光及E光都為線偏振光。光在晶體中的傳播,雙折射雙軸晶體：有兩個光軸的晶體（云母、硫磺）★★晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體···

方解石oee

o···◆雙折射-----折射光分成兩束,且都是線偏振光1.雙折射的概念(晶體各向異性)......eo.......oeACDB(垂直入射時e光也不沿原方向)◆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)?！艟w的光軸光軸：在方解石這類晶體中存在一個特殊的方向，當光線沿這一方向傳播時不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。稱這一方向為晶體的光軸。780102078078010201020光軸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：只有一個光軸的晶體(方解石、石英)雙軸晶體：有兩個光軸的晶體（云母、硫磺）◆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。

★

O光及E光都為線偏振光?！镆话銇碚f，O光主平面和e光主平面并不重合?！锂斎肷涔饩€在主截面內(nèi)時，O光、e光以及它們的主平面都在主截面內(nèi)。此時，兩光的振動方向相互垂直。O光垂直于主截面振動，e光在主截面內(nèi)振動。........光軸方向光e光o★O光的振動方向垂直其主平面.e光的振動方向在其主平面內(nèi).◆晶體的主折射率，正晶體、負晶體vo

tve

t光軸

負晶體(vo<ve)

子波源························vo

t光軸o光:

n0，ne稱為晶體的主折射率正晶體:ne>no負晶體

:ne<no子波源vo

tve

t光軸

正晶體

(vo>ve)

e光:(

e<o)(

e>o)e光傳播方向不同,傳播速度也不同。光軸◆單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法(

e>o)★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。★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e光的波面不再與其波射線垂直了◆解釋起偏中提到的二個問題:方解石:負晶體vo

tve

t光軸負晶體(vo<ve)

子波源............900φoe220680oeAMCN自然光加拿大樹膠光軸尼科耳棱鏡:(加拿大樹膠.方解石)偏光鏡:格蘭─湯姆孫棱鏡偏光分束鏡

:

沃拉斯頓棱鏡·12方解石方解石·······oe光軸光軸·············光軸方解石玻璃樹膠(n=1.655)eo吸收涂層i★★晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏

波片─相位延遲片波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

振幅關系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。時為圓偏振光△.四分之一波片從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）——線偏振光→線偏振光——線偏振光→圓偏振光四.檢偏:起偏器都可以用做檢偏器1.馬呂斯定律:

I0IPPE0

E=E0cos

馬呂斯定律（1809）——消光.....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，光強發(fā)生變化偏振片偏振片.....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，光強發(fā)生變化.....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，光強發(fā)生變化.....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，光強發(fā)生變化.....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