2020 4 16 1 19 5光學儀器的分辨本領 一光柵的分辨率 光柵的分辨率 N相同時 k 越高 R越高 k 相同時 N大者 R越高 二孔徑光學儀器分辨率 2020 4 16 2 大學物理學 光的偏振 2020 4 16 3 第20章光的偏振 20 1偏振光和自然光20 2起偏和檢偏馬呂斯定律20 3反射與折射光的偏振20 4雙折射現象20 5橢圓偏振園偏振光 2020 4 16 4 20 1偏振光和自然光 電磁波是橫波 其振動方向垂直于傳播方向 在振動平面內 光波有不同的振動狀態 根據振動狀態 光可以分為 光矢量 在垂直于光傳播方向的平面 可能有的振動狀態 光的偏振狀態 自然光線 完全 偏振光部分偏振光 橢圓偏振光園偏振光 2020 4 16 5 一自然光 自然光各方向的振動光矢量都存在 自然光可分解為兩個垂直的 振幅相等的獨立光振動 傳播方向 2020 4 16 6 線偏振光 僅存在一個方向振動的光矢量 二線 完全 偏振光 2020 4 16 7 三部分偏振光 部分偏振光在一個方向振動的光矢量比其他方向振動的光矢量強 2020 4 16 8 橢圓偏振光 橢園偏振光是由兩個相互垂直的光矢量疊加形成的偏振光 某時刻左旋圓偏振光E隨z的變化 2020 4 16 9 園偏振光 園偏振光是由兩個相互垂直的光矢量疊加形成的偏振光 2020 4 16 10 20 2起偏和檢偏馬呂斯定律 起偏 檢偏 起偏和檢偏 P1 P2 P3 2020 4 16 11 馬呂斯定律 P1 P2 2020 4 16 12 透射光的光強 消光位置 2020 4 16 13 例1正交偏振片 P1 P3之間加一偏振片P2 光強為I0的自然光垂直入射偏振片P1 求轉動P2時 透過P3的光強I與轉角的關系 起偏 檢偏 檢偏 P1 P2 P3 I0 I1 I2 I3 I0經過P1后 2020 4 16 14 I0經過P1后 I1經過P2后 P1 P2 P3 A1 I2經過P3后 2020 4 16 15 20 3反射和折射光的偏振 自然光在各向同性媒質分界面反射和折射時 反射和折射光是部分偏振光 自然光 反射光的偏振化的程度與入射角有關 實驗表明 2020 4 16 16 iB為布儒斯特角 當入射角為布儒斯特角iB時 反射光是線偏振光 折射光仍然是部分線偏振光 而且反射光與折射光垂直 布儒斯特定律 2020 4 16 17 利用玻璃片堆從透射光可獲得較強線偏振光 利用玻璃片堆產生完全線偏振光 2020 4 16 18 例2 求玻璃的起偏角 玻璃 布儒斯特定律的實質 若以角i入射 則不論什么光成份都有反射 設 則 2020 4 16 19 20 4雙折射 光的折射定律給出光折射的規律 一條入射光只有一條折射光 但是有一類晶體物質 一條入射光對應兩條折射光 這種現象稱為雙折射 自然光入射到晶體上一般產生兩條折射光 一條遵守折射定律 稱尋常光 o光 一條不遵守折射定律 稱非尋常光 e光 它們都是線偏振光 且振動方向互相垂直 2020 4 16 20 2 有關雙折射的幾個概念 晶體的光軸 晶體內存在一個特別的方向 光線沿這一特定的方向傳播 o光和e光的傳播速度相同 不發生雙折射 晶體有單軸晶體和多軸晶體 光線的主平面 在晶體中傳播的光線與晶體光軸組成的平面稱為該光線的主平面 晶體中o光和e光有各自的主平面 o光的振動方向垂直于o光的主平面 e光的振動方向平行于e光的主平面 2020 4 16 21 當晶體的光軸在入射面內時 o光和e光的主平面重合 o光的振動方向垂直于o光的主平面 e光的振動方向平行于e光的主平面 2020 4 16 22 i e光 o光 光軸 當晶體的光軸垂直于入射面時 o光和e光的主平面不重合 o光的振動方向垂直于o光的主平面 e光的振動方向平行于e光的主平面 2020 4 16 23 3 產生雙折射的原因 晶體的各向異性 在晶體中o光和e光的傳播速度不相同 導致光束分離 由晶體折射率的定義 o光在晶體中傳播各向同性 沿各方向傳播速度相同 其折射率是單值no e光在晶體中傳播各向異性 光沿不同方向傳播其速度不同 則其折射率不是單值 是方向的函數 e光垂直于光軸方向的折射率為主折射率ne 垂直于光軸方向的速度 2020 4 16 24 點光源在傳播時 如果光束各向同性 波面是球面 如果光束各向異性 波面不是球面 實驗表明 o光的波面是球面 e光的波面是旋轉橢球面 負晶體 方解石 2020 4 16 25 負晶體光軸在入射面內 與晶體表面平行 光線垂直入射 在晶體中傳播的光線與晶體光軸組成的平面稱為該光線的主平面 O光 O光 e光 e光 光軸 4 用惠更斯原理解釋雙折射 以負晶體為例 2020 4 16 26 負晶體光軸在入射面內 與晶體表面平行 光線平行斜入射 光軸 2020 4 16 27 負晶體光軸垂直射面 與晶體表面平行 光線平行斜入射 o光的振動方向垂直于o光的主平面e光的振動方向平行于e光的主平面 光軸 這種特殊情況下o光 e光都可用折射定律 2020 4 16 28 負晶體光軸在入射面內 與晶體表面不平行 光線平行斜入射 o 光軸 2020 4 16 29 格蘭湯姆孫棱鏡 玻璃n 1 655 方解石no 1 6584ne 1 4864 e o i 5 利用雙折射獲得線偏振光 膠合劑n 1 655 o光 幾乎無偏折進入方解石而后進入空氣 存在臨界情況 全反射 2020 4 16 30 只要保證 e o e光在分界面處被全反射 而后進入空氣 o光和e光被完全分開 從而獲得偏振度很高的偏振光 2020 4 16 31 20 5橢圓偏振園偏振光 o光是振動方向與主平面垂直的光 e光是振動方向與主平面平行的光 當光軸在光線入射面內時 o光和e光的主平面重合o光e光的振動方向相互垂直 兩個相互垂直的同頻率振動合成結果是園或是橢圓 2020 4 16 32 o光的振動 e光的振動 正橢圓偏振光 圓偏振光 線偏振光 2020 4 16 33 2020 4 16 34 只要保持 就可以得到穩定的圓或正橢圓偏振光 o光e光形成 自然光入射時 o光e光雖然形成 但不能合成穩定的干涉結果 自然光入射 2020 4 16 35 偏振光入射時 由于晶體內的o光e光是同一偏振光分離出來的光線 e O 光軸 主平面入射面 出射的o光e光有恒定位相差 能合成穩定的園或橢圓偏振光 正晶體 負晶體 對于負晶體 e光超前o光 對于正晶體 e光落后o光 2020 4 16 36 o o光e光分開 d o光通過厚度為d的晶體時光程是 e光通過厚度為d的晶體時光程是 e 出晶體后 o光和e光間的光程差是 對應位相差是 2020 4 16 37 只要適當控制晶體的厚度 就可以控制o光和e光的位相差 光程差 當 正橢圓偏振 圓偏振 對應光程差 滿足上式厚度的晶體稱為對應波長 的四分之一波片 2020 4 16 38 四分之一波片可使線偏振光變成光程差為四分之一波長的o光和e光 E O 光軸 線偏振光通過四分之一波片后變成圓 橢圓 偏振光 四分之一波片可以形成圓偏振光和自然光 2020 4 16 39 四分之一波片可使原本有四分之一波長光程差的o光和e光的光程差變成二分之一波長光程差 E O 圓 橢圓 偏振光通過四分之一波片后變成線偏振光 四分之一波片可以辨別圓偏振光和自然光 光軸 2020 4 16 40 檢驗和區分部分偏振光時 常用四分之一波片放在被檢驗光線后 看是否變為線偏振光 E O 光線具有可逆的性質 圓 橢圓 偏振光通過四分之一波片后變成線偏振光 光軸 線偏振光 橢圓或園偏振光 線偏振光