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文檔簡介
1、縱波:振動方向對傳播方向具有縱波:振動方向對傳播方向具有對稱性對稱性 橫波:振動方向對傳播方向橫波:振動方向對傳播方向不不具有具有對稱性對稱性 第二十四章第二十四章 光的偏振光的偏振這種這種不對稱性不對稱性 ,稱之為,稱之為“偏振偏振”光的光的偏振態偏振態 在垂直于光傳播方向的平面內,光矢量的振動在垂直于光傳播方向的平面內,光矢量的振動狀態有各種不同的方式,稱為光的偏振態。狀態有各種不同的方式,稱為光的偏振態。uEHOxyz光矢量:光矢量:E偏振偏振 : 是橫波與縱波的重要區別!是橫波與縱波的重要區別!E24.1 24.1 光的偏振狀態光的偏振狀態1.線偏振光線偏振光振動面振動面EzE( 平面
2、偏振光)平面偏振光) 分類:分類: 完全偏振光完全偏振光 自然光自然光 部分偏振光部分偏振光 線偏振光線偏振光橢圓橢圓(圓圓)偏振光偏振光 一、一、 (完全)偏振光(完全)偏振光 圖示:圖示:或:或:2. 橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光2zxy0EEE橢圓偏振光橢圓偏振光圓偏振光圓偏振光 面對光源觀察:面對光源觀察: 光矢量方向按光矢量方向按順時針順時針方向旋轉方向旋轉的,稱為的,稱為右旋偏振光右旋偏振光; 光矢量方向按光矢量方向按逆時針逆時針方向旋轉方向旋轉的,稱為的,稱為左旋偏振光左旋偏振光。ERight ELeft 二二.非偏振光非偏振光yxIII IIIyx21 XYZ(自然
3、光)(自然光)三三. . 部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光或或EE 通光方向(偏振化方向)通光方向(偏振化方向) 1. 1. 偏振片:偏振片:24.2 24.2 線偏振光的獲得與檢驗線偏振光的獲得與檢驗2 2. 起偏和檢偏起偏和檢偏自然光自然光I0線偏振光線偏振光I偏振化方向偏振化方向021II ?I線偏振光線偏振光I3 3. 馬呂斯定律馬呂斯定律2 IEmax0III,02I,( (馬呂斯定律馬呂斯定律) ) 消光消光222 cosIEEcosEEE cos 2II 當當; 當當起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光I0線偏振光線偏振光I偏振化方向偏振化
4、方向 線偏振光線偏振光I起偏器起偏器檢偏器檢偏器P1P22cosII2 2)將)將P P2 2旋轉旋轉3603600 0,透過它的光強有何變化?,透過它的光強有何變化? 線偏振光透過偏振片后光強變化,將出現兩明兩暗。線偏振光透過偏振片后光強變化,將出現兩明兩暗。(有消光現象)(有消光現象)自然光透過偏振片后光強不變,但只有入射光強的一半。自然光透過偏振片后光強不變,但只有入射光強的一半。1 1)將)將P P1 1旋轉旋轉3603600 0,透過它(,透過它(P P1 1 )的光強有何變化?)的光強有何變化?思考:思考:201cos2I3)判斷:)判斷:如何通過觀察透射光強變化區分如何通過觀察透
5、射光強變化區分線偏振光線偏振光、自然光自然光、部部分偏振光?分偏振光? (1). 強度有變化,而且有消光現象強度有變化,而且有消光現象 線偏振光線偏振光(2). 強度沒有變化強度沒有變化 自然光自然光(3). 強度有變化,但無消光現象強度有變化,但無消光現象部分偏振光部分偏振光1P0 I21PP 2P3P你能說明為什么嗎你能說明為什么嗎?2光強為光強為 I I0 0 的自然光相繼通過偏振片的自然光相繼通過偏振片P P1 1、P P2 2、P P3 3后光強為后光強為I I3 3 ,已知,已知P P1 1 P P3 3,問:,問:P P1 1、P P2 2間夾角多大時間夾角多大時I I3最大最大
6、 ?解解: 分析分析P1P2P3I0I3I1I2例例1: P3P1P2201II 212cosII 232cos2II220cossin2I22sinI20sin 28I1 1)要使線偏振光的光矢量振動方向改變)要使線偏振光的光矢量振動方向改變90900 0,最少需要,最少需要幾塊偏振片?幾塊偏振片?2 2)兩塊偏振片如何放置才能使透射光強度最大?)兩塊偏振片如何放置才能使透射光強度最大?最少需要兩塊最少需要兩塊互成互成45450 0角角0IP P1 1I I1 1P P2 2I I2 2221cosII201sin 24IP1P2P3I0I3I1I2203sin 28II思考:思考:024m
7、axII例:例: 用兩偏振片平行放置作為用兩偏振片平行放置作為起偏器起偏器和和檢偏器檢偏器。在它們的偏。在它們的偏振化方向成振化方向成30300 0角時,觀測一光源,又在成角時,觀測一光源,又在成60600 0角時,觀察同一角時,觀察同一位置處的另一光源,兩次所得的強度相等。求兩光源照到起偏位置處的另一光源,兩次所得的強度相等。求兩光源照到起偏器上光強之比。器上光強之比。透過檢偏器后光的強度為透過檢偏器后光的強度為2221cos 602II 2111cos 302II 按題意:按題意:21II 60cos30cos2221II 即:即:3130cos60cos2221II解解 : :令令I I
8、1 1和和I I2 2分別為兩光源照到起偏器上的光強。分別為兩光源照到起偏器上的光強。透過起偏器后,光的強度分別為透過起偏器后,光的強度分別為I I1 1/2/2和和I I2 2 /2 /2。4、偏振光的應用、偏振光的應用 45O1)汽車車燈)汽車車燈2)太陽鏡)太陽鏡3)觀看立體電影)觀看立體電影45O立體電影的拍攝立體電影的拍攝24.3 反射和折射產生的偏振反射和折射產生的偏振ib 布儒斯特角或起偏角布儒斯特角或起偏角1 1. 反射和折射產生的偏振反射和折射產生的偏振自然光反射和折射后產生自然光反射和折射后產生部分偏振光部分偏振光2n1nii垂直垂直于入射面的振于入射面的振動大于動大于平行
9、平行于入射于入射面的振動面的振動 。平行平行于入射面的振動大于入射面的振動大于于垂直垂直于入射面的振動于入射面的振動 。1 1)反射光是光振動垂直于入射面的線偏振光)反射光是光振動垂直于入射面的線偏振光 ;當光以當光以布儒斯特角布儒斯特角入射時:入射時:bi2n1nbi線偏振光線偏振光23 3)反射光和折射光傳播方向相互垂直;)反射光和折射光傳播方向相互垂直;2 2)反射光是線偏振光但光強弱,折射光是部分偏振光但)反射光是線偏振光但光強弱,折射光是部分偏振光但 光強強。光強強。2 2. 布儒斯特定律布儒斯特定律 :此時:此時:ib+=90o12sinsinbnin2cosbni2211tanb
10、ninnbi 2n1nbi 線偏振光線偏振光 2例如:例如:1 56 18b1.50itg1.001 33 42b1.00itg1.50i ib b互余互余! !n n1 1 =1.00 =1.00(空氣空氣););n n2 2 =1.50 =1.50(玻璃玻璃),則:),則:由空氣由空氣玻璃玻璃由玻璃由玻璃空氣空氣玻璃片堆:玻璃片堆:許多玻璃片疊起來,用以增大反射光的強許多玻璃片疊起來,用以增大反射光的強 度和折射光的偏振化程度。度和折射光的偏振化程度。接近線偏振光接近線偏振光3、應用、應用 玻璃片堆玻璃片堆ib線偏振光線偏振光 bi I0I偏振鏡偏振鏡bibibi例題例題:畫出下列圖中的反
11、射光、折射光以及它們的偏振狀態。畫出下列圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態。1n2n1n2n1n2n1n2n1n2n1n2n24.5 24.5 光的雙折射光的雙折射1 1、定義:定義:一束光入射到一束光入射到各向異性介質各向異性介質折射后出現兩束折射后出現兩束 折射光線的現象。折射光線的現象。一一、雙折射現象雙折射現象2 2、尋常光線和非常光線、尋常光線和非常光線n1n2各向異性媒質各向異性媒質o光光oee光光i自然光自然光尋常光線(尋常光線(o o光):光): 遵從折射定律遵從折射定律12sinsin;onin非常光線(非常光線(e e光)光) : : 一般不遵從折射定律一般不遵從折射定
12、律esiniconstsin注意:注意:e e 光折射線也不一定在入射面內!光折射線也不一定在入射面內! o o光和光和e e光都是線偏振光光都是線偏振光12122o1nvsininsinnv二、晶體的性質二、晶體的性質 當光在晶體內沿某個當光在晶體內沿某個特殊方向特殊方向傳播時將傳播時將不發生雙折射不發生雙折射,該方向稱為晶體的該方向稱為晶體的光軸光軸,例如例如 :方解石晶體:方解石晶體(冰洲石冰洲石) 光軸是光軸是一特殊的方向一特殊的方向, ,凡平行凡平行于此方向的直線均為光軸。于此方向的直線均為光軸。單軸晶體:只有一個光軸的晶體單軸晶體:只有一個光軸的晶體雙軸晶體:有兩個光軸的晶體雙軸晶
13、體:有兩個光軸的晶體A光軸光軸102B方解石晶體方解石晶體1 光軸光軸78ECD 正晶體正晶體eonn eovv 子波源子波源光軸光軸vo tve to波面波面e波面波面( 平行光軸截面平行光軸截面 )ovev( 垂直光軸截面垂直光軸截面 )負晶體負晶體eonn eovv 光軸光軸 子波源子波源vo tve te波面波面o波面波面( 平行光軸截面平行光軸截面 )evov( 垂直光軸截面垂直光軸截面 )o波面波面o波面波面e波面波面e波面波面2 正晶體、負晶體正晶體、負晶體3 3 主平面主平面e e 光振動方向在主平面內光振動方向在主平面內o o 光振動方向垂直于主平面光振動方向垂直于主平面光軸
14、光軸光軸光軸e光光o光光e e 光的光的主平面主平面O O 光的光的主平面主平面晶體中光的傳播方向與晶體光軸構成的平面。晶體中光的傳播方向與晶體光軸構成的平面。 光軸在入射面時光軸在入射面時,o ,o 光主平面和光主平面和e e 光主平面重合光主平面重合, ,此時此時o o 光振動和光振動和e e 光振動相互垂直。一般情況下,兩個主平面光振動相互垂直。一般情況下,兩個主平面夾角很小,故可認為夾角很小,故可認為o o 光振動和光振動和e e 光振動仍然相互垂直。光振動仍然相互垂直。Review: 雙折射現象1、基本概念:1)雙折射2)尋常光和非尋常光(o光振動垂直o 光主平面)(e 光振動在e
15、光主平面內)3)光軸注意:是一特殊的方向4)正晶體、負晶體 正晶體eonn eovv 光軸 tovtev( 平行光軸截面 )負晶體eonn eovv 光軸 ( 平行光軸截面 )2、惠更斯原理作圖法解釋雙折射現象三三、惠更斯原理在雙折射現象中的應用惠更斯原理在雙折射現象中的應用1 1) 光軸平行于晶體表面,自然光垂直入射光軸平行于晶體表面,自然光垂直入射. . o o、e e 光傳播方向相同,但速度不同,有雙折射現象。光傳播方向相同,但速度不同,有雙折射現象。空氣空氣方解石晶體方解石晶體光軸光軸 o光光e光光o光光e光光AB空氣空氣方解石晶體方解石晶體光軸光軸 icto光光e光光o光光e光光2
16、2) 光軸平行于晶體表面,自然光斜入射光軸平行于晶體表面,自然光斜入射. . ot e etABC3)光軸平行于晶體表面且垂直于入射面,)光軸平行于晶體表面且垂直于入射面,自然光斜入射自然光斜入射. .0sinicsinoonesinicsineen io光光e光光空氣空氣 方解石晶體方解石晶體光軸光軸 o光光e光光ct e et otABC 空氣空氣 方解石晶體方解石晶體AB4)光軸在入射面內并垂直于晶體表面,自然光垂直入射)光軸在入射面內并垂直于晶體表面,自然光垂直入射.光軸光軸o波面波面e波面波面 光在晶體內沿光軸方向傳播,不發生雙折射。光在晶體內沿光軸方向傳播,不發生雙折射。5 )光軸
17、與晶體表面斜交,自然光垂直入射)光軸與晶體表面斜交,自然光垂直入射. 空氣空氣 方解石晶體方解石晶體AB光軸光軸o波面波面e波面波面o光光o光光e光光e光光6)光軸與晶體表面斜交,自然光斜入射)光軸與晶體表面斜交,自然光斜入射 空氣空氣 方解石晶體方解石晶體AB光軸光軸o光光o光光e光光e光光iCct 方解石方解石玻璃玻璃膠合劑膠合劑 o吸收涂層吸收涂層i光軸光軸1 1) 偏振棱鏡:偏振棱鏡:格蘭格蘭湯姆孫棱鏡湯姆孫棱鏡光軸的取向使光軸的取向使o光、光、e光對應的恰是光對應的恰是no、 ne 。no (1.6584) ne(1.4864) n玻玻=1.655, n膠膠=1.655 n膠膠非常接近非常接近no ,所以入射自然光中的垂直分量幾乎無偏折,所以入射自然光中的垂直分量幾乎無偏折射入方解石而后射入空氣,但射入方解石而后射入空氣,但ne比比n膠膠小,當入射角大于臨界角小,當入射角大于臨界角時,入射光中的平行振動在膠合劑與方解石的界面發生全反射,時,入射光中的平行振動在膠合劑與方解石的界面發生全反射,透過方解石的光就為線偏振光。透過方解石的光就為線偏振光。四四、晶體偏振器件晶體偏振器件2)晶體的二向色性和偏振片晶體的二向色性和偏振片 光軸光軸e光光電氣石電氣石光軸光軸 某些晶體對相互垂直的光振動有選
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