偏振的圖畫-動(dòng)畫講解

光波：特定頻率范圍內(nèi)的電磁波。光矢量(lightvector)：電磁波的電場強(qiáng)度矢量。電磁波是橫波，光矢量振動(dòng)方向與光傳播方向垂直。對(duì)傳播方向不對(duì)稱對(duì)傳播方向?qū)ΨQ橫波縱波§10-3光的偏振腰橫扁擔(dān)進(jìn)不了城門橫波有偏振(polarization)現(xiàn)象縱波無偏振問題通光方向因原子發(fā)光的“隨機(jī)性”，光矢量各向隨機(jī)均勻分布，振幅相等，稱為自然光(naturallight)。EvEyExv各向光振動(dòng)無固定相位關(guān)系。1-1.自然光線偏振光(linearlypolarizedlight)：光矢量只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)部分偏振光(partialpolarizedlight)：一方向光振動(dòng)較另其他方向占優(yōu)勢。線偏振光與自然光的混合。振動(dòng)面：光振動(dòng)方向與傳播方向構(gòu)成的平面1-2.偏振光自然光振線偏光偏振片2.偏振片馬呂斯定律偏振片(polaroid)：能吸收某一方向的光振動(dòng)，而只讓與之垂直方向上的光振動(dòng)通過的一種透明薄片。偏振化方向(polarizingdirection)——允許通過的光振動(dòng)方向。偏振片的用途：“起偏”和“檢偏”自然光起偏偏振光檢偏偏振光(1)自然光強(qiáng)

I0

線偏振光強(qiáng):光強(qiáng)不變無消光(2)線偏振光強(qiáng)I0

線偏振光強(qiáng)(3)部分偏振光(混合)

線偏振光有兩次消光現(xiàn)象有兩次極大極小馬呂斯定律(Maluslaw)光強(qiáng)為I0的線偏振光，透過偏振片后，透射強(qiáng)度為：I0II0I證明：解:

例題

已知自然光通過兩個(gè)偏振化方向相交60°的偏振片，透射光強(qiáng)為I1，今在這兩偏振片之間再插入另一偏振片，它的偏振化方向與前兩個(gè)偏振片的偏振化方向均夾30°角，則透射光強(qiáng)為多少？偏振片的應(yīng)用立體電影流水畫液晶顯示器反射和折射的偏振3.反射光、折射光及散射光的偏振性1、反射光為光振動(dòng)垂直入射面較強(qiáng)的部分偏振光2、折射光為光振動(dòng)平行入射面較強(qiáng)的部分偏振光線偏振光布儒斯特角(polariztingangle)：n1n2布儒斯特定律:(Brewsterlaw)

自然光以布儒斯特角入射到兩不同介質(zhì)表面，其反射光為線偏振光，光振動(dòng)垂直于入射面。玻璃堆布儒斯特角線偏振光布儒斯特窗外腔式激光器諧振腔應(yīng)用舉例：

激光器諧振腔使用偏振鏡拍攝的物品nonemaxminmin偏振鏡看出什么效果嗎？使用圓偏振鏡（CPL）將水面的反光減至最小偏振太陽鏡駕駛員戴上偏振太陽鏡可以防止馬路反射光的炫目。部分偏振光線偏振光自然光空氣分子照相機(jī)按上偏振鏡可以產(chǎn)生不同的效果。散射光的偏振方解石晶體雙折射現(xiàn)象(CaCO3)§12-4光的雙折射一.光在晶體中的雙折射雙折射現(xiàn)象：一束光進(jìn)入某種晶體后會(huì)出現(xiàn)兩束折射光的現(xiàn)象。檢偏器檢驗(yàn)表明：

o光和e光都是線偏振光。尋常光線(o光)(ordinaryray)：恒遵守通常折射定律的光線。非常光線(e光)(extraordinaryray)：不遵守通常折射定律的光線。光軸(opticalaxis)在晶體中存在一個(gè)特殊的方向，沿該方向不會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，這一方向稱為晶體的光軸。包含光軸和某光線的平面稱該光線的主平面。主平面(principalplane)o光振動(dòng)垂直其主平面e光振動(dòng)平行其主平面主截面(principalsection)包含光軸和晶面法線的平面。入射光在主截面內(nèi)時(shí)兩主平面重合單軸晶體(uniaxialcrystal)雙軸晶體(biaxialcrystal)方解石石英紅寶石云母硫磺藍(lán)寶石o光在晶體中各方向傳播速度相同。e光在晶體中各方向傳播速度不同。主折射率(principalrefractiveindex)雙折射(birefringence)現(xiàn)象的解釋正晶體(positivecrystal)負(fù)晶體(negativecrystal)晶

體none晶

體none方解石1.65841.4864石英1.54431.5534電石氣1.6691.638冰1.3091.313白云石1.68111.500硝酸鈉1.5851.337幾種單軸晶體的折射率（對(duì)波長為589.3nm的鈉光）

正晶體：石英、冰負(fù)晶體：方解石、電氣石、白云石、硝酸鈉正晶體負(fù)晶體CAB由惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象：無雙折射現(xiàn)象

o光和e光都不折射，但速度和折射率不同，所以兩波面并不重合。由惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象：利用納米技術(shù)消除雙折射的薄膜淀粉雙折射馬耳它十字條紋（maltesecross）顯微鏡下小麥淀粉粒圖o光、e光的一些性質(zhì)1.o光、e光傳播速度一般不同，但沿光軸方向傳播，速度相同（此時(shí)無雙折射現(xiàn)象）2.o光、e光均為偏振光，但振動(dòng)面不同

o光始終在入射面內(nèi)，在晶體中o光垂直主平面

e光一般不在入射面內(nèi)，在晶體中e光平行主平面3.入射光線在晶體主截面內(nèi)時(shí)（三者合一），o光垂直e光。這是實(shí)際應(yīng)用中常見的現(xiàn)象4.o光、e光在雙折射晶體內(nèi)部才有意義，射出晶體以后就沒有意義了?！靼装≈髡凵渎剩簅光、e光速度相差最大的折射率偏振棱鏡(polarizingprism)尼科耳棱鏡(Nicolprism)

是將天然的方解石晶體按一定的要求加工成兩塊直角棱鏡，然后再用特種樹膠把它們粘合起來制成一塊斜長方形的光學(xué)棱鏡。樹膠的折射率：o光的折射率：e光的主折射率：oeACNM格蘭-傅科棱鏡(Glan-Foucaultprism)格蘭-傅科棱鏡是尼科耳棱鏡的改進(jìn)型。將一塊方解石晶體加工成直角長方體，再切成兩個(gè)楔型，切開的兩部分不用樹膠粘合，而代以空氣層。o光對(duì)空氣層的臨界角：e光對(duì)空氣層的臨界角：質(zhì)元參與兩個(gè)相互垂直的簡諧振動(dòng)，某質(zhì)元點(diǎn)擊放大二.橢圓偏振光和圓偏振光波片兩個(gè)同頻率相互垂直簡諧振動(dòng)的合成：合成以后為橢圓軌跡方程。1.橢圓偏振光和圓偏振光點(diǎn)擊放大光軸光軸問題：自然光垂直入射雙折射晶體表面，投射后為何不能產(chǎn)生橢圓偏振光？AoAe偏振光自然光正橢圓線偏振光動(dòng)畫VB橢圓偏振光(ellipticallypolarizedlight)

光矢量端點(diǎn)在垂直于光傳播方向的截面內(nèi)描繪出橢圓軌跡。檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強(qiáng)兩強(qiáng)兩弱。圓偏振光(circularlypolarizedlight))

光矢量端點(diǎn)在垂直于光傳播方向的截面內(nèi)描繪出圓形軌跡。檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強(qiáng)無變化。點(diǎn)擊圖片放大2.波片正橢圓線偏振光正橢圓線偏振光四分之一波片的最小厚度：偏振光通過四分之一波片后出射的是正橢圓偏振光。四分之一波片(quarter-waveplate)：偏振光通過波片后，o光和e光的光程差等于

4的奇數(shù)倍。正橢圓偏振光四分之一波片線偏振光振動(dòng)方向與四分之一波片的光軸方向成45°角時(shí)，通過后線偏振光變?yōu)閳A偏振光。d線偏振光振動(dòng)方向與四分之一波片的光軸方向的夾角不為45

角時(shí)，則通過后線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光。d四分之一波片圓偏振光通過四分之一波片后，變?yōu)榫€偏振光，其振動(dòng)方向與光軸方向成45

角。d

橢圓偏振光通過四分之一波片后，變?yōu)榫€偏振光，其振動(dòng)方向與光軸方向的夾角不等于45

角。d半波片(half-waveplate)：偏振光通過波片后，o光和e光的光程差等于

2的奇數(shù)倍。偏振光通過半波片后出射的o光和e光正好反位相，合成后仍是線偏振光，只是振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過了2

。線偏振光半波片的最小厚度：d全波片：

=

出射光與入射光相同適當(dāng)選取厚度d可將線偏振光轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光或?qū)E圓偏振光轉(zhuǎn)化為線偏振光

/4波片

/4波片

/2波片圓偏振鏡（CPL鏡）。圓偏振鏡是由一片線偏振鏡（PL）與一片四分之一波片(為特殊雙折射材料)，彼此膠合而成。該四分之一波片的光軸與線偏振鏡的偏振光振動(dòng)方向之間成45?夾角。光線自線偏振鏡一端射入為正向，自四分之一波片一端射入為反向。正向射向圓偏振鏡的自然光，先后通過線偏振鏡和四分之一波片后，即成為圓偏振光。從偏振片P得到的線偏振光經(jīng)過晶片C后，成為兩束相互之間有相位差而振動(dòng)方向互相垂直的o光和e光。(相位差不等于

的整數(shù)倍時(shí)，構(gòu)成橢圓偏振光。)

橢圓偏振光再穿過一個(gè)偏振片A后，由于偏振片只有一個(gè)偏振化方向，所以通過偏振片后，這兩束互相垂直的同頻率、相位差恒定的光，具有了同一個(gè)振動(dòng)方向，因此這兩束光成了相干的偏振光。三.偏振光的干涉表示入射偏振光的光矢量，和分別為在平行和垂直于晶體主截面方向上的分量。和表示o光和e光通過偏振片A時(shí),在平行其偏振化方向的分振動(dòng)，它們就是透過偏振片A的相干光。若為復(fù)色光入射時(shí)，晶體對(duì)不同波長的光干涉條件各不相同，因此在檢偏器后應(yīng)看到不同的顏色，這種情況，我們稱之為色偏振(chromaticpolarization)。色偏振：當(dāng)白光照射時(shí)，由于偏振光干涉而出現(xiàn)彩色花樣的現(xiàn)象。白光入射雙折射晶體厚度均勻——單一顏色雙折射晶體厚度不均勻——色偏振單色光入射雙折射晶體厚度均勻——無干涉條紋雙折射晶體厚度不均勻——有干涉條紋色偏振取不同厚度的云母片將它們以各種圖案貼在玻璃板上，并將其放在兩個(gè)用白光照明的偏振片之間，出射光的顏色和亮度會(huì)發(fā)生變化。旋轉(zhuǎn)上面的偏振片，可呈現(xiàn)彩色斑斕的圖案花紋。四.光彈效應(yīng)與旋光現(xiàn)象有些各向同性的非晶體或液體，受外界的人為因素影響而轉(zhuǎn)變?yōu)楦飨虍愋?，呈現(xiàn)出雙折射現(xiàn)象。這種現(xiàn)象稱為人為雙折射。1.光彈性效應(yīng)(photoelasticeffect)

某些非晶體物質(zhì)，在力的作用下發(fā)生形變時(shí)，將失去非晶體的各向同性的特征而具有晶體的性質(zhì)，從而也能呈現(xiàn)出雙折射現(xiàn)象。P1P2

··dFSF干涉有機(jī)玻璃C應(yīng)力→各向異性→v各向不同→n各向不同在白光照射下，顯示出彩色的干涉圖樣。l+-45

45

P1P2克爾盒d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)，光軸平行

P2透光2.電光效應(yīng)(electroopticaleffect)(克爾效應(yīng))

某些各向同性的非晶體或液體等透明物質(zhì)，在強(qiáng)電場作用下，能變?yōu)楦飨虍愋远@示雙折射現(xiàn)象。3.物質(zhì)的旋光性(opticalactivity)旋光現(xiàn)象：偏振光在通過某些物質(zhì)后，其振動(dòng)面會(huì)以光的傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)過一個(gè)角度的現(xiàn)象。左旋物質(zhì)(left-handedsubstance)：旋光物質(zhì)(opticalactivesubstance)：具旋光性的物質(zhì)石英晶體、葡萄糖、果糖（右旋）右旋物質(zhì)(right-handedsubstance)：迎著光線射來的方向觀察，振動(dòng)面按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。振動(dòng)面按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。旋光度(

)：

偏振光通過旋光物質(zhì)后，其振動(dòng)面轉(zhuǎn)過的角度。旋光度與偏振光通過旋光晶體的距離d

成正比。稱為介質(zhì)的旋光率對(duì)于旋光溶液：c為溶液的濃度