大学物理 光的偏振[沐风教学].ppt

19 光的偏振,19-3 反射和折射起偏 布儒斯特定律,19-4 晶体双折射 偏振棱镜,19-5 椭圆和圆偏振光的获得和检验,19-6 偏振光的干涉,19-2 起偏和检偏 马吕斯定律,19-1 自然光和偏振光,19-8 旋光,19-7 光弹效应和电光效应,1,优讲课堂,2.线偏振光,光的振动方向在同一平面内，只沿某一固定方向振动的光。,平面偏振光,完全偏振光,一、自然光 偏振光,1.自然光（非偏振光）,在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有可能方向上都相等，各矢量之间没有固定的相位关系，这种光称为自然光。,19-1 自然光和偏振光,光波是横波,光的偏振,2,优讲课堂,3.部分偏振光,某一方向的光振动比与其垂直方向上的光振动占优势的光，称为部分偏振光。,4.椭圆偏振光和圆偏振光,频率相同，振动方向互相垂直，且有固定相位差的两列线偏振光的合振动。,满足椭圆方程，合成椭圆偏振光,合成正椭圆偏振光,合成圆偏振光,合成线偏振光,3,优讲课堂,19-2 起偏和检偏 马吕斯定律,起偏器,2.透振方向（偏振化方向）：,检偏器,当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的透振方向。,1.二向色性和偏振片,二向色性,二向色性：某些物质能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过，这种性质称二向色性。,4,优讲课堂,三、马吕斯定律：,一束光强为 I0 的线偏振光，透过检偏器的透射光强为：, 是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向之间夹角。,起偏器,透振方向,检偏器,5,优讲课堂,19-3 反射和折射起偏 布儒斯特定律,1. 反射和折射起偏,折射光：部分偏振光,i0 为起偏角,布儒斯特定律,满足上式反射光是垂直于入射面的完全线偏振光，折射光是部分偏振光。,反射光：部分偏振光,垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动。,平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动。,反射线与折射线垂直,6,优讲课堂,玻片堆,玻片堆,许多玻璃片叠起来：增强反射光的强度，增强透射光的偏振化程度。折射光近似完全线偏振光，是平行于入射面振动。,7,优讲课堂,下列情况光线的反射和折射,8,优讲课堂,19-4 晶体双折射 偏振棱镜,一、双折射的寻常光和非常光,寻常光（O光）：,满足折射定律。,非常光（e 光）：,违背折射定律。,实验证明 O 光和 e 光都是偏振光,晶体光学性质简介,1.晶体的光轴,晶体内部的一个特殊方向，称晶体的光轴。光线沿这一方向传播时不发生双折射现象。,方解石晶体,单轴晶体,双轴晶体,2.晶体主截面,界面的法线和光轴构成的平面,3.晶体主平面,晶体中某光线和光轴构成的平面,9,优讲课堂,产生双折射的原因,寻常光线（O光）,常量,非常光线（e光）,ne 为主折射率,光振动方向始终与光轴垂直，在晶体中的传播速度和折射率恒定，因而遵守折射定律。,光振动方向和光轴夹角在晶体中发生变化，传播速度和折射率也随之改变，因而不遵守折射定律。,10,优讲课堂,*二、惠更斯原理对双折射现象的解释,正晶体:,负晶体:,如石英，碳，冰。,如方解石，红宝石。,1.正晶体和负晶体,11,优讲课堂,2）*惠更斯作图法,A,B,A0,B,Be,O,e,12,优讲课堂,13,优讲课堂,三、尼科尔棱镜,14,优讲课堂,*四、1/4波片和半波片,半波片,从单晶体切下来的薄片，其表面与晶体的光轴平行。,1/4波片,波片,15,优讲课堂,19-5 椭圆偏振光和圆偏振光的获得和检验,利用振动方向互相垂直，频率相同的两个简谐运动能够合成为椭圆或圆运动的原理。,1/4波片,正椭圆偏振光,圆偏振光,16,优讲课堂,小结：偏振光的获得和检验,1.偏振光的获得,1）线偏振光：（从自然光获得线偏振光）,2）椭圆偏振光：,偏振片、玻片堆、晶体（波片）、尼科耳棱镜等。,自然光通过起偏器和一个波片。,2.检验偏振光,自然光，圆偏振光，线偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光。,17,优讲课堂,第一步,第二步,令入射光通过偏振片A ，改变 A 的透振方向，观察透射光强变化,观察现象,观察现象,结论,结论,有消失,线偏振光,有消失,圆偏振光,无消失,自然光,强度无变化,自然光或圆偏振光,a.令入射光依次通过1/4 波片和偏振片B，改变B的透振方向，观察透光强度变化。,有消失,无消失,椭圆偏振光,部分偏振光,强度有变化，但无消光,部分偏振光或椭圆偏振光,b. 1/4波片的光轴方向必须与通过偏振片A的极大或极小的透振方向重合。,18,优讲课堂,Ee2 和 Eo2两束光频率相同，振动方向相同，相位差恒定，是相干偏振光。,19-6 偏振光的干涉,1. 偏振光的干涉现象,2. 偏振光的干涉原理,Eo,Ee,P1,E1,P2,Ee2,Eo2,O,光轴,电矢量的分解与合成,e,19,优讲课堂,光屏上的合成振动振幅,强度,讨论：,1） I2 与 、 有关。,2） 来源,a）入射波片前的 1，设 1=0,b）波片引起的 2,c）坐标投影引起的 3（0 或 ）,20,优讲课堂,3）当,当,时，,出现消光现象,时，,当,达到极大。,因此，在两正交偏振片上，插入晶片厚度 d 或 (n0-ne)不均匀，将在屏上出现类似于等厚干涉条纹图样。,4）白光照射下干涉图样有彩色变化叫色偏振,5）当,互补,21,优讲课堂,19-7 光弹效应和电光效应,1. 光弹效应,2. 电光效应,克尔效应,泡克耳斯效应,22,优讲课堂,19-18 旋光现象,1. 晶体和溶液的旋光性,旋光现象,1） 晶体:,振动面旋转角度,2）液体:,晶体厚度,晶体的旋光度（率）,溶液浓度,旋光率,23,优讲课堂,2 磁致旋光,样品长度,磁场,费尔德常数,左旋右旋,24,优讲课堂,偏振总结,1.起偏方法,3.马吕斯定律,4.布儒斯特定律,2.检偏方法,吸收起偏，反射，折射，晶体双折射,25,优讲课堂,例1. 一束自然光从空气射到平面玻璃上，入射角为 58o ，此时反射光是线偏振光，求此玻璃的折射率及光线的折射角。,解：由布儒斯特定律,折射角为,26,优讲课堂,例2. 两个偏振方向正交放置的偏振片，以光强为I0的自然单色光照射，若在其中插入另一块偏振片，求：（1）若透过的光强为I0 /8，插入的偏振片方位角；（2）若透过的光强为0，插入的偏振片方位角；（3）能否找到合适的方位，使透过的光强为I0/2；（4）若在其中插入一块1/4波片，其光轴与第一块偏振片的偏振方向成30角，出射光的强度为多少？,解: （1）设插入的偏振片与第一块偏振片偏振方向的夹角为，则与第二块的夹角为90-。,自然光透过第一块偏振片后的光强为I0/2。,由马吕斯定律透过第二，三个偏振片光强分别为,27,优讲课堂,（2）若I3=0，得,即插入的偏振片偏振方向应与其中的一块平行。,（3）若I3=I0/2，得,说明出射光强不可能为I0/2。,（4）设通过第一片偏振片P1的光振幅为A1，则,通过1/4玻片后，O光和e光有 /2的相位差，通过第二片偏振片P2后产生附加相位差。,通过第二片偏振片后O光和e光是相干光，合成光强为,28,优讲课堂,例3. 用方解石晶体（负晶体）切成一个截面为正三角形的棱镜，光轴方向如图，若自然光以入射角 i 入射并产生双折射。试定性地分别画出 o 光和 e 光的光路及振动方向。,o,e,29,优讲课堂,