光偏振 第二十章 光波的偏振

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1、光波的偏振第二十章完全偏振光一、光的偏振状态第二十章光波的偏振(Polarizationoflight)光的干涉、衍射现象揭示了光的波动性。光波是横波，横波还具有一特别的现象——偏振什么是偏振？光波是横波，光矢量E在垂直于光传播方向的平面，E可能有的振动状态——光的偏振状态光的偏振状态可分为五种：自然光(非偏振光）线偏振光部分偏振光圆偏振光椭圆偏振光1自然光：可分解为两个方向任意互相垂直、振幅相等，没有任意相位关系的偏振光。自然光加偏振光光矢量末点的运动轨迹是圆或椭圆21.线偏振光振动面·面对光的传播方向看光矢量只沿一个方向作振动——线偏振

2、光的振动方向与构成的平面—振动面平面偏振光线偏振光的表示法：光振动垂直板面光振动平行板面2.自然光没有优势方向自然光的分解自然光可分解为两振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。自然光的表示法：···E播传方向·····3.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为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。部分偏振光的表示法：平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强·········右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光4.圆偏振光、椭圆偏振光······3yyxz传播方向/2x某时刻左旋圆偏振光随z的变化E0注：右旋圆

3、偏振光圆偏振光、椭圆偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅（不等幅）的、相干的线偏振光。圆偏振光的分解部分偏振光的分解右旋椭圆偏振光则有：轨迹为一正椭圆长短轴分别为：2A1、2A2若A1=A2，就是一个圆。4)cos(11jw+=tAx0)(cos22jw+=tAy02-1=2p为任意值时，合振动的轨迹一般为椭圆jD=0/23/4/45/43/27/4=线偏振光和圆偏振光是椭圆偏振光的特例5二、偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律1.起偏起偏的原理：利用某种光学的不对称性偏振片从自然光获得偏振光起偏器:起偏的光学

4、器件，它有一个特定的方向，只让平行与该方向的振动通过。自然光I0线偏振光IP偏振化方向(透振方向)偏振片的起偏···6动画自然光线偏振光光轴电气石晶片···线偏振光2.马吕斯定律(Maluslaw)I0I=?P马吕斯定律——消光3.检偏用偏振器件分析、检验光的偏振态I?P待检光I不变？是什么光I变，有消光？是什么光I变，无消光？是什么光圆偏自然光线偏振光椭圆偏部分偏7为线偏光的光振动方向与检偏器透振方向间的夹角。PE=E0cos动画例：两偏振片P1，P2平行放置，透光轴成60°角。(1)自然光垂直入射时，透射光与入射光光强比为

5、多少？(2)在P1，P2之间平行插入P3，其透光轴与P1、P2均成30°角，透射光与入射光光强比又为多少？(2)加P3后再过P2后透射光光强解：(1)透过P1后P1P2P3I0I8自然光经界面反射和折射后，光的偏振态发生改变：三、反射和折射光的偏振1.反射和折射时光的偏振态i=iB时，反射光只有S分量iB—布儒斯特角(Brewsterangle)或起偏角iB+0=90°由：有：——布儒斯特定律n1n2····i··i·····S····n1n2iBiB线偏振光·起偏振角··0反射光和折射光均为部分偏振光例n1=1.00(空气)n2=1

6、.50(玻璃)空气玻璃玻璃空气互余则：9动画3.反射产生线偏振光的定性解释线偏振光·S····n1n2iBiB·起偏振角···02.反射产生偏振光的应用············iB(接近线偏振光)··················玻璃片堆起偏10增强反射光的强度和折射光的偏振化程度应用：光强的调制、求材料的折射率11例题：已知某材料在空气中的布儒斯特角，求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率为1.33），求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？解：设该材料的折射率为n，空气的折射率为1放在水中，则对应有所以：该材料对水的相

7、对折射率为1.2121.光的双折射现象SS’方解石晶体实验一实验二在各向同性的介质中S’是点物S的象天然的方解石晶体是双折射晶体AB四、光在晶体中的传播,双折射(birefringence)动画1.双折射现象n1n2i(各向异性媒质)自然光o光e光o2.有关的几个基本概念o光(ordinarylight):遵从折射定律e光(extraordinarylight):一般不遵从折射定律e光折射线也不一定在入射面内。···方解石···oeeo1）寻常光和非寻常光说明：（1）o光、e光在双折射晶体内部才有意义。（2）产生双折射，是晶体对两光束

8、有不同的折射率。13e2）晶体的光轴当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。例如，方解石晶体(冰洲石)光轴AB102°注：光轴是一特殊的方向,凡平行