第五章光的偏振.ppt
第五章 光的偏振,光波性质：,横波,c,电矢量E、磁矢量H有单一对应关系、同步性,在许多方面磁场的作用比电场的作用小的多,一般都选用电矢量E代表光的振动光矢量,光矢量的振动方向与传播方向构成一个平面,光的偏振性,一.自然光,没有优势方向,自然光的分解,自然光的表示法：,1 光的偏振状态,沿光传播方向看,自然光中E在任意方向都是均匀分布的,每一个光矢量都可以分解为x、y 方向分量,二.线偏振光,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,线偏振光的表示法：,线偏振光,完全偏振光,三.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：,某一方向振动强于其他方向,部分偏振光可通过线偏光和自然光的合成得到。,2 线偏振光的获得与检验,一.起偏,起偏的原理：利用某种光学的不对称性,偏振片：,起偏：从自然光获得偏振光,起偏器:起偏的光学器件,硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干形成了偏振片,自然光I0,线偏振光 I,偏振化方向(透振方向),偏振片的起偏,二向色性,二.马吕斯定律(线偏振光入射偏振片),I0,I,马吕斯定律（1809）,消光,三.检偏,用偏振器件分析、检验光的偏振态,旋转一周,2明2暗,自然光,部分偏振光,?,例.三个偏振片 P1、P2与P3 堆叠在一起，P1 与 P3 的偏振化方向相互垂直，P2 与 P1 的偏振化方向间的夹角为 30。强度为 I0 的自然光垂直入射到偏振片 P1，并依次透过偏振片 P1、P2 与 P3，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光强为：,（A）,（B）,（C）,（D）,（C）,例.一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的 5 倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为：,A,(A)1/2;(B)1/5;(C)1/3;(D)2/3.,例51.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度 w 绕光传播的方向顺时针旋转，如图所示。设入射自然光的光强为I。,通过这一系统后，出射光的光强为何？,3 反射和折射光的偏振,一.反射和折射时光的偏振,i=i0 时，反射光为线偏光，其振动方向入射面,i0:布儒斯特角或 起偏角,i0+r0=90O,由,有,布儒斯特定律(1812年),即当光以布儒斯特角入射到两种介质的交界面时，反射光线折射光线,若 n1=1.00(空气)，n2=1.50(玻璃)，则：,二.玻璃片堆起偏和检偏,玻璃片堆,(接近线偏振光),(接近线偏振光),4 光在晶体中的传播,双折射,方解石,o,e,一.双折射的概念,1.双折射,n1,n2,i,ro,re,(各向异性媒质),自然光,o光,e光,2.寻常光和非寻常光,o光:遵从折射定律,e光:一般不遵从折射定律,e光折射线也不一定在入射面内。,3.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),光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴。,单轴晶体：只有一个光轴的晶体,双轴晶体：有两个光轴的晶体,4.主平面,主平面：晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。,二.晶体的主折射率，正晶体、负晶体,光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同。,振动方向主平面,振动方向主平面,只有光轴在入射面内时，o、e光的主平面重合,o光:,e光:,n0，ne称为晶体的主折射率,正晶体:ne no，如石英,负晶体:ne no，如方解石,e,e,根据n0，ne的关系可分为正、负晶体,当光沿光轴方向入射晶体时，不发生双折射现象,当光垂直光轴方向入射晶体时，o光、e光沿同一方向传播，但速度不同,偏振光的应用,眼镜、车灯、玻璃,人工双折射光弹性、高速光开关109s,旋光现象,1.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动180 时透射光强度发生的变化为:,B,（A）光强单调增加；（B）光强先增加，后有减小至零；（C）光强先增加，后减小，再增加；（D）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。,2.一束光强为 I0 的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成 45 角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强为：,B,（A）,（B）,（C）,（D）,3.三个偏振片 P1、P2与P3 堆叠在一起，P1 与 P3 的片振化方向相互垂直，P2 与 P1 的片振化方向间的夹角为 30。强度为 I0 的自然光垂直入射到偏振片 P1，并依次透过偏振片 P1、P2 与 P3，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光光强为：,C,（A）,（B）,（C）,（D）,4.自然光以 60 的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知：,B,（A）折射光为线偏振光 30；（B）折射光为部分偏振光，折射角为 30；（C）折射光为线偏振光，折射角不能确定；（D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；,5.一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图)，设入射角等于布儒斯特角i0，则在界面 2 的反射光,B,（A）光强为零；（B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；（C）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；（D）是部分偏振光。,6.使一光强为 I0 的平面偏振光先后通过两个偏振片 P1 和 P2.P1 和 P2 的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角是a 和 90，则通过这两个偏振片后的光强 I是:,C,(B)0.,(A),(C),(D),(E),7.自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是,（A）在入射面内振动的完全偏振光。,（B）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。,（C）垂直于入射面振动的完全偏振光。,（D）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光.,C,8.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度 w 绕光传播的方向旋转，如图所示。设入射自然光的光强为。试证明：此自然光通过这一系统后，出射光的光强为,9.如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上，已知其上表面的反射光线1为完全偏振光。设玻璃板两侧都是空气，标明各反射、折射光线的偏振情况。,10.如图，P1、P2为偏振化方向间夹角为a的两个偏振片。光强为I0的平行自然光垂直入射到P1表面上，则通过P2的光强I=。,若在P1、P2之间插入第三个偏振片P3，则通过P2的光强发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转P2，使其偏振化方向旋转一角度q后，发生消光现象，从而可以推算出的P3偏振化方向与P1的偏振化方向之间的夹角a=。（假设题中所涉及的角均为锐角，且设a a）,11.ABCD 为一块方解石的一个截面，AB 为垂直于纸面的晶体平面与纸面的交线.光轴方向在纸面内且与AB 成一锐角 q,如图所示.一束平行的单色自然光垂直于AB端面入射.在方解石内折射分解为 o 光和 e光,o 光和 e 光的:,(A)传播方向相同,光矢量的振动方向互相垂直.(B)传播方向相同,光矢量的振动方向不互相垂直(C)传播方向不相同,光矢量的振动方向互相垂直(D)传播方向不相同,光矢量的振动方向不互相垂直,C,
