物理自感光和偏振光.ppt

14-1 自然光和偏振光,一、横波的偏振性,振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。,偏振:波的振动方向相对传播方向的不对称性。,光矢量振动面,光的偏振态:光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动状态。,按振动状态不同,纵波无偏振性,二.自然光：,表示方法：,传播方向,在垂直于光传播方向的平面内，光矢量 在所有可能的方向上，没有一个方向比其他方向更占优势，具有这样特征的光称为自然光。,说明：自然光的两个互相垂直的光振动之间无固定的周相关系。两个光振动各具有自然光的总能量的一半。,三、线偏振光,光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。,线偏振光的表示法：,（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）,四、部分偏振光,在与传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等,但各方向光矢量的振幅不等。,部分偏振光的表示法：,五,右旋椭圆偏振光,左旋圆偏振光,一.起偏和检偏,起偏：,检偏：,把自然光变为偏振光的装置叫起偏器,用来检验光的偏振状态的装置叫检偏器,1.偏振片,将自然光变成线偏振光的过程叫起偏,检验光的偏振状态的过程叫检偏,将有二向色性的物质涂在玻璃上，能吸收某一方向的光振动,让与这个方向垂直的光振动通过,二向色性:,晶体对互相垂直的两个光振动有选择吸收的性质,偏振化方向:,让光振动通过的方向,(透光轴):,14.2起偏和检偏 马吕斯定律,:起偏器,:检偏器,一般情况下 I=？,消光,二.马吕斯定律,(1)内容：,式中是线偏振光的光振动方向和检偏振器偏振化方向之间的夹角,强度为I0的线偏振光，透过检偏振器后，透射光的强度(不考虑吸收)为,(2)证明：,设线偏振光的振幅为A0,光强为I0.,透过检偏振器后光强为I,讨论：,(1)当=0,1800时,I=I0,两个光强最大位置,(2)当=900,2700 时,I=0,两个消光位置,(3)当为其它值时,0II0,(4)检偏时，,旋转，观察透过 的光强：,，则为线偏振光,a.若：光强由明 暗 明变化,为自然光,c.若：光强不变化，则,b.若：光强只是强弱变化,无消光,则,为部分偏振光,检偏器旋转一周，屏上光强两强两弱。,部分偏振光,线偏振光,光路中插入检偏器，屏上光强减半。检偏器旋转，屏上亮暗无变化。,自然光,14-3 反射和折射时光的偏振,反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化,一 反射和折射时光的偏振态,反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一特定值i0且满足,这时反射光成为线偏振光。,二。布儒斯特定律,以布儒斯特角入射时，反射光线和折射光线垂直,平行玻璃板上表面和下表面的反射光都是偏振光,以布儒斯特角入射平行玻璃板时,下表面的入射角也是布儒斯特角,玻璃片堆,当玻璃片足够多时，透射光也成为偏振光，偏振化方向与反射偏振光的垂直,通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反射获得较强的偏振光，你有什么好主意？,例1：画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。,例2,一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的5倍，求入射光中自然光与线偏振光的强度之比。,解：,设：,则：,得：,例3.光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3，光强变为 I0/8，已知 P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？,解：,例4.自然光强度 I0，连续通过4块偏振片，相邻两块偏振片偏振化方向夹角30，忽略光的吸收，求：透射光强度。,解：,例5.已知某种不透明媒质的布儒斯特角,求：该种媒质的折射率？,由布儒斯特定律,利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。,解：,寻常光,非常光,各向异性,方解石晶体,双折射现象,14.4光的双折射,1.双折射现象,(1)o光、e光特征,O光:,始终在入射面内,并遵守折射定律。,e光:,一般不在入射面内,不遵守折射定律。,注意：寻常、非常指光在折射时 是否遵守折射定律，o光、e光也只在晶体内部才有意义。,光,光,当方解石晶体旋转时o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,双折射,当方解石晶体旋转时o光不动，e光围绕o光旋转,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,光,光,当方解石晶体旋转时o光不动，e光围绕o光旋转,双折射,纸面,方解石 晶体,e,o,在入射角 时,o光、e光在晶体中具有不同的传播速度,o光：,说明：o光的传播速度在各个方向是相同的,e光：,说明：e光的传播速度在各个方向是不相同的,o光、e光都是线偏振光,e光不沿原来方向传播,o光沿原来方向传播,(2)描述晶体特征的术语,晶体的光轴与晶体表面法线所构成的平面。,实验：o光振动 垂直于o光的主平面,e光振动 平行于 e光的主平面,晶体中的方向，,双轴晶体：云母、硫磺,光轴:,沿此方向o、e光速度相同,无双折射,单轴晶体：石英、方解石,主平面:,主截面:,晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。,光的偏振习题课,单元检测题-选择题,1、一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振 片，若以此光束为轴旋转偏振片，测得透射光的强度最大值 是最小值的 5 倍，那么入射光中自然光与线偏振光的光强比 值为：,已知如图：,解：,透射光强度：,1、A,解：布儒斯特定律。,2、C,2、自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃平面上，反射光是：,(A)在入射面内振动的完全线偏振光(B)平行于入射面振动占优势的部分偏振光(C)垂直于入射面振动的完全线偏振光(D)垂直于入射面振动占优势的部分偏振光,3、自然光以 60 o 的入射角照射到某两种媒质交界面时，反射 光为完全线偏振光，则知折射光为：,(A)完全线偏振光且折射角为 30 o(B)部分偏振光且只是在该光由真空到折射率为 的介质时，折射角是30 o,(C)部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角(D)部分偏振光且折射角为30 o,布儒斯特定律：,折射光为部分偏振光，,3、D,解：,1、两个偏振片叠放在一起，强度为 I0 的自然光垂直入射其上，不考虑偏振片的吸收与反射，若通过两个偏振片后的光强为 I0/8，则此两偏振片的偏振化方向的夹角是_，若 在两片之间再插入一片偏振片，其偏振化方向与前后两片的 偏振化方向夹角相等，则通过三个偏振片后的透射光的强度 为_。,单元检测题-填空题,解：,(1).,(2).,解：,2、如图所示，一束自然光入射到折射率分别为 n1 和 n2 的两 种介质的交界面上，发生反射和折射，已知反射光是完全 线偏振光，那么折射角 r 的值为_。,3、假设某一介质对于空气的临界角是 45 o，则从空气射向此介 质时的布儒斯特角是_,解：,在晶体内部，o 光和 e 光沿光轴的传播速度相等。,4、在双折射晶体的内部，有某种特定方向称为晶体的光轴，光 在晶体内部沿光轴传播时，_光和_光的传播速度相等。,解：,若使光波通过一种特制的镜片，只允许某一种特定振动的光波通过，这种特制的镜片就称为“偏光镜”。彩色立体电影的效果是利用光的偏振现象形成的。立体电影利用一左一右两架摄像机同时拍摄同一景物，放映时使用两架放映机，各套上一个偏振镜，把两个偏振光的影像同时放映在银幕上，两个偏振光的振动方向互成直角。观众观看立体电影时戴上特制的偏光镜，其左右两镜片透过的偏振光振动方向互相垂直，能通过左眼的偏振光就不能通过右眼，反之亦然。因此，左眼的镜片只允许左方摄像机的影像通过，而右眼的镜片只允许右方摄像机的影像通过，于是在眼前就会出现立体效果。,立体视觉和立体画原理,在五、六十年代的欧美国家，曾经流行看一种“立体镜”。实际上是这样一种镜子。它能使左眼和右眼分别看到两张照片，这两张照片是用两部照像机，置于双眼的位置拍摄所得。在人们用立体镜看去时，就会呈现立体感觉。还有一个视点的问题，人们看某物时不会前、后都清晰，当我们把视点调到前面时，后面就会模糊，反之前面就会模糊。当然，这些调节是我们无意识的。我们想看清什么物体时，就马上把视点调到它上面。三维立体画也是相同的原理，看画时把视点落在立体画后面合适的位置，使左眼看到的画面与右眼错开一个单位块。左、右眼也就看到不同的图案。如果我们把这两幅图案做成象左右两张照片一样有一定差别，就能看出立体效果。,