大二物理上-课件-第15章-光的偏振
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(物理光学)第十五章_光的偏振和晶体光学基础-5
O
1 2 cos , sin 2 2 G＝ 1 sin 2 , sin 2 2
检偏器透光轴与x’轴夹角 是，其琼斯矩阵为：
1 2 1 2 cos , sin 2 A cos A sin 2 2 A1 1 2 2 E出 GE入＝ A iA 1 2 sin 2 , sin 2 2 1 sin 2 iA2 sin 2 2
2、偏振分光镜与/4片组合
Io/4
Io Io/2 普通分光镜
Io/2 Io Io Io 偏振分光镜
稳频He-Ne激光 (He-Ne laser)
压电晶体(Piezoelectric crystal)
/2片
/4片
被检面
偏振分光 棱镜 prism
检偏器
TV相机
非球面测定用干涉仪
itg
2 1
结论：
1）从1/4波片出射的是线偏光。出射线偏光的光矢量 与x轴的夹角=/2。
2）旋转检偏器可测得，故可求，即求得了待测玻璃的 双折射率之差，从而分析了玻璃内部的应力情况 。
二、会聚(Convergence)偏光仪的干涉
P
C
A
会聚偏光仪干涉装置
透过厚度为d的晶片时两束出射光之间的相位差：
半影式检偏器工作原理 原理
结构： P H A
y
P1
O H1
’ ’
H2 P2 A
x
2 2 I1＝OH1 sin ( ' ) 2 2 I 2＝OH 2 sin ( ' )
2、椭圆偏振光的测定 含义：用实验方法测定表示偏振状态的参量（指 定坐标系中的方位角、椭圆度tg和旋向；或直角 坐标系下两偏振光振幅比和位相差。） y y’ C2 A2 x’
高二物理课件《光的偏振》
光具座：用于固定实验器材 显微镜：用于观察偏振光的偏振方向 激光器：用于产生单色光源
实验步骤
准备实验器材：偏振片、光源、观察屏等 调整光源：使光源发出的光通过偏振片 观察偏振现象：观察偏振片后的光通过观察屏后的现象 改变偏振片角度：改变偏振片的角度，观察光的偏振现象的变化 记录实验结果：记录实验过程中观察到的现象和数据 分析实验结果：分析实验结果，得出光的偏振特性和规律
通信技术：如光纤通信、无 线通信等
光学仪器：如偏振显微镜、 偏振望远镜等
显示技术：如液晶显示器、 3D眼镜等
医疗技术：如眼科检查、激 光手术等
光的偏振实验
实验目的
验证光的偏振现象
研究光的偏振特性
探索光的偏振与物质的相互作 用
应用光的偏振原理进行科学研 究和实际应用
实验器材
偏振片：用于产生偏振光 光源：提供稳定的光源 光栅：用于观察偏振光的干涉现象
偏振技术在军事领域的应用： 提高侦察能力，降低被探测风 险
THANK YOU
汇报人：
偏振现象在生活中的应用
太阳镜：减少眩光，保护眼睛 液晶显示器：提高显示效果，降低功耗 偏振相机：拍摄特殊效果照片，如反射、折射等 偏振光通信：提高通信安全性，降低干扰
偏振现象的未来发展前景
偏振技术在通信领域的应用： 提高通信效率，降低干扰
偏振技术在显示领域的应用： 提高显示效果，降低能耗
偏振技术在医疗领域的应用： 提高诊断准确性，降低误诊率
偏振棱镜：用于分 离不同偏振方向的 光
偏振分光镜：用于 测量光的偏振度
偏振干涉仪：用于 测量光的偏振特性 和偏振方向
摄影技术
偏振镜：可以消除或减弱非金属表面的反光，增加色彩饱和度 偏振镜：可以消除或减弱水面、玻璃等表面的反光，使画面更清晰 偏振镜：可以消除或减弱天空中的散射光，使天空更蓝 偏振镜：可以消除或减弱树叶、草地等表面的反光，使画面更自然
大学物理 第15章 光的偏振
S
I
当一束光射到各向异性介质时，可产生两束折 射光的现象 寻常光线(o光)：遵守折射定律 非常光线(e光)：不遵守折射定律 o光和e光都是线偏振光。 o光和e光只在双折射晶体的内部才有意义 o e
13
二.晶体的光轴与光线的主平面
1. 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。 A 方 解 石光轴 方向就 是从 它的一个钝偶所作的等分角 线。即它与钝偶的三条棱线 成等角。
B
•光轴是一特定的方向，不是指一条特定的直线 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 例如，冰洲石、石英、红宝石等 双轴晶体：有两个光轴的晶体 如云母、蓝宝石等.
14
2.主平面 晶体中的光线和光轴组成的平面。 一般情况下，o光主平面与e光主平面不重合。 e光主平面 o光主平面 光轴 e光 o光 o光的振动方向垂直 e光的振动方向平行 于自己的主平面 于自己的主平面 3.主截面 e光主平面 由晶体光轴和晶体表面法 线方向组成的平面。 o光主平面 若入射光在主截面内，则o光 ，e光的主平面重合，此时o 、e光的振动方向互相垂直。 15 光轴
2
§15.1
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。
E H
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。
3
二.自然光
自然光是非偏振光 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既 有时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性，具 有这种特性的光就叫自然光 。 自然光的分解 Eix Ei cos i 一般 Eix Eiy Eiy Ei sin i
高中物理选修：光的偏振教学课件
三、应用
1、摄影
2、利用光的偏振制成液晶显示器
3、车灯与挡风玻璃使用偏振片 4、使用偏振片观看立体电影
小结
光 1、横波具有偏振现象 的 偏 2、光波是横波 振
3、应用：摄影、立体的应用
53、无论个人环境有何不同，有一点 ，他们 所生活 的世界 都是由 他们自 己造成 的。 54、成为一个成功者最重要的条件， 就是每 天精力 充沛的 努力工 作，不 虚掷光 阴。 55、人类心灵深处，有许多沉睡的力 量。唤 醒这些 人们从 未梦想 过的力 量，巧 妙运用 ，便能 彻底改 变一生 。 22、苦难是上天的恩赐；幸运是上天 的惩罚 。所以 才有了 困顿而 有成， 幸运而 平庸的 高下分 野。 25、世界原本就不是属于你，因此你 用不着 抛弃， 要抛弃 的是一 切的执 着。万 物皆为 我所用 ，但非 我所属 。 29.理想总是被现实打败，当有勇气去 完成理 想时， 才发现 ，自己 缺少的 实在太 多了。 30.整个脸贴在镜子上面、会不会格外 清醒超 然。这 块镜子 叫现实 ，很多 人连看 它的勇 气都没 有。
探究体验：
1、用一个偏振片旋转观察光透过偏振 片光的强度是否变化？
2、用两个偏振片平行旋转，观察光透 过偏振片光的强度是否变化？
观察实验现象并讨论：
（1）、甲图的实验现象是什么？由此可以 判断光波是纵波还是横波吗？ （2）、乙图的实验现象是什么？由此可以 判断光波是纵波还是横波吗？
（3）、丙图的实验现象是什么？由此可以 判断光波是纵波还是横波吗？
请比较下列几组图片的清晰度，是否一样
13.6 光的偏振
偏振现象是横波特有的
伟大的物理学家惠更斯最早提出光是 纵波，托马斯.杨认为光是一种横波，但 他们都缺乏充足实验证据事实.光到底是 横波还是纵波。
(物理光学)第十五章 光的偏振和晶体光学基础-3
n e d 1 直且顶角均为30度的直角方解石 棱镜胶合成渥拉斯顿棱镜，当一束自然光垂直入射 时，求从棱镜出射的o光和e光的夹角。
f
n o 1 . 65836 , n e 1 . 48641
f
线偏振光通过半波片后光矢量的转动
快（慢）轴
入射时 Entrance
出射时 (Exit)
线偏振光通过半波片后光矢量的转动
3、全波片(Full-wave plate)
n o n e d m , 对应的 2 m
称该晶片为全波片。 性质：
1）不改变入射光的偏振状态；
A
A
A
A
a)
光轴垂直于入射面
b ) 光轴平行于入射面
（二）偏振分束棱镜
1. 渥拉斯顿棱镜（Wollaston prism）：
利用两个正交的光轴分解光。材料：冰洲石。
no ne
f
制作 原理 思考
f arcsin
f
n 0
n e tg
2.洛匈棱镜（Rochon prism）
原理
光轴
90
。
。 Canada balsam
68 71
。
77
。 尼科耳棱镜（W.Nicol）
2. 格兰－汤姆逊（Glan-Thompson）棱镜
光垂直于棱镜端面入射时
A
A
A＝ 光 轴
当入射光束不是平行光或平行光非正入射时
i
A
i' A＝ 光 轴
A
孔径角的限制
3. 格兰－付科棱镜（Glan-foucault prism）
2）只能增大光程差。
大学物理课件光学
康普顿效应
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括 光源、双缝、屏幕等，以及实验的操 作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。 光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为 一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普 朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应 当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也 可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括 光源、双缝、屏幕等，以及实验的操 作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。 光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为 一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普 朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应 当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也 可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
大学物理课件15光的偏振
2018-6-6
2
第 15 章 光的偏振 E
2、光的偏振性：
对于平面电磁波，电场强度矢
H
量——光矢量的振动方向与传
播方向垂直。
S EH
光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光 矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性， 这种光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为 光的偏振性。
I0
p1
p3
p1 p2
p3
I0
p1
I1 p2 I2 p3
I3
I1
1 2
I0
I2
I1 cos2
I0 2
cos 2
2018-6-6
17
I0
p1
第 15 章
I1
光的偏振
•• •
2、偏振片
是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能，
从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片
上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行
于该方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的
光通过的光学器件，叫做偏振片。这个特定的方向叫做偏
振片的偏振化方向，用“ ”表示。
第 15 章 光的偏振
2018-6-6
1
第 15 章 光的偏振 一、光的偏振性
1、横波和纵波的区别——偏振
•纵波：振动方向与传播方向一致，不存在偏振问题； • 横波：振动方向与传播方向垂直，存在偏振问题。
定义：振动方向对 于传播方向的不对 称性称为偏振性。
说明：只有横波才 具有偏振现象，偏 振现象是横波区别 于纵波的最明显的 特征。
2018-6-6
偏振光的表示法
部分偏振光的表示法
5
大学物理光的偏振课件
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
24
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。 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。
凡平行于此方向的直线均为光轴。
102° A
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
光轴
双轴晶体：有两个光轴的晶体
B
25
晶体主平面:晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。
· ·· ·· ·
垂直板面的 光振动较强
5
（3）椭圆偏振光和圆偏振光 光振动的方向随时间改变，光矢量在垂直于光的传播 方向的平面内以一定的角速度旋转。
椭圆偏振光：光矢量的端点描绘的轨迹是椭圆
圆偏振光：光矢量的端点描绘的轨迹是圆
6
二．起偏片
起偏与检偏
使自然光变成线偏振光。 起偏： 起偏器：使自然光变成线偏振光的装置。 检偏器：检查某束光的偏振状态的装置。
o光的 主平面
· · · ·
光轴
e光的 主平面
o光
光轴
e光
o光的振动面垂直于o光的主平面 e光的振动面在e光的主平面内 主截面： 由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。
26
2. 波片(波晶片)
uo ue
no ne
2
晶面
(no ne )d
o e
P2
1 I0 4
1 1 1 2 2 I ( I 0 ) cos I 0 cos 45 I 0 2 2 4
11
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转动偏振片，测 得透射光强度最大值是最小值的5倍。那么入射光中自 然光与线偏振光的光强之比为何？ 解： 设其中自然光强I0， 透射光强最大时： 透射光强最小时： 线偏振光强 I Imax= I + I0/2 Imin= I0/2
光的偏振课件 PPT
主截面:光轴与晶体表面光入射点得法线组成得平面。
主平面:晶体中光(o光或e光)得传播方向与晶体光 轴构成得平面。
o光得振动方向垂直于o光得主平面; e光得振动方向平行于e光得主平面。 当o光与e光得主平面相互平行时,两光得振动互相垂直、
法线
o光的 主平面
····
e光的 主平面
光轴 o光
光轴
e光
光轴
得作用下,显示出双折射现象,称为克尔效应。
+
P1
E
o
e
P2
-
外加电场破坏溶液得各向同性,产生各向异性,产生双折射,光轴方 向平行于电场方向;
n no ne E 2 即：n bE 2
经过长度为l得电场区,克尔效应产生得附加相位差为:
2
lbE 2
令K b
2KlE 2，其中K为克尔常数，单位为m
用惠更斯原理确定折射
光得传播方向、
用惠更斯作图法确定光在晶体中得传播方向
例题1:负晶体方解石 ne 1.486, no 1.658
以入射点为 中心,以1/no 为半径作圆。
以1/no为短轴, 1/ne为长轴作椭圆
空气 晶体
光轴
•••
•••
oe oe
例题2：方解石 ne 1.486 no 1.658
2
no
ne d
晶体双折射
I (P) A2e2 A2o2 2 A2e A2o cos
A1 cos2 2 A1 sin2 2 2A12 sin2 cos2 cos
A12
1
1 2
sin 2
2
1 2
sin 2
2
cos
当：
2k，即
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折射光 部分偏振光，平行于入射面的振动大 于垂直于入射面的振动 .
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 .
15-1
第十五章 光的偏振
布儒斯特定律（1812年）
i0 i0 n1
n2
当
tan i0
n2 n1
时，
反射光为完全偏振光，且
振动面垂直入射面，折射
玻璃
光为部分偏振光。
讨论
1）反射光和折射光互相垂直 .
15-1 光的波动性 光波是横波
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
第十五章 光的偏振
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
纵波 振动 方向相对传播 方向具有对称 性；
横波 振动 方向相对传播 方向不具有对 称性.
15-1
第十五章 光的偏振
一 自然光 偏振光
自然光 一般光源发出的光中，包含着各个方
n2
玻璃
起偏垂直入射面
1 的振动仅很小部 分被反射（约
15%）所以反射 2 偏振光很弱 。一
般应用玻璃片堆
产生偏振光
15-1
第十五章 光的偏振
注意
对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占 入射光强度的7.5% , 大部分光将透过玻璃.
利用玻璃片堆产生线偏振光
i0
sin i0 n2
sin n1
tan i0
n2 n1
sin i0 cosi0
cosi0
sin
cos(π )
2
i0
2
15-1
第十五章 光的偏振
i0 i0 n1
n2
玻璃
i0
n1
玻璃
n2
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
n2
介
tan i0
n2 n1
E v
振动面
符号表示
部分偏振光 某一方向的光振动比与之垂直方 向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .
符号表示
15-1
第十五章 光的偏振
二 偏振片 起偏与检偏
二向色性 某些物质能吸收某一方向的光振 动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质 称二向色性 .
偏振片 涂有二向色性材料的透明薄片 .
解 设两束单色自然光的强度分别为 I10 和 I20 .
经过起偏器后光强分别为 I10 和 I20 22
.
经过检偏器后
I1
I10 2
cos2
30
I2
I 20 2
cos2
60
I1 I2
I10 I 20
cos2 30 cos2 60
1 3
15-1Βιβλιοθήκη 第十五章 光的偏振振讨讨片论论转p2动，在p光2两强透块为过正I交p0 3偏的的振自光片然强光pI1，,与垂p转3直之角入间的射插关于入系偏另.振一片块p偏1，
I I0
E2 E02
马吕斯定律 强度为 I0 的偏振
光通过检偏振器后, 出射光的强度为
I I0 cos2
15-1
第十五章 光的偏振
例1 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检
偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为 30时 , 一束单色
自的然夹光角穿 为过60它时们,,另出一射束光单强色为自I1然; 光当穿它过们它偏们振化, 出方射向光间 强为 I2 , 且 I1 I2 . 求两束单色自然光的强度之比 .
I0
p1
p3
p1
p2
p3
I0
p1
I1
I p2
2 p3
I3
I1
1 2
I0
I2
I1 cos2
I0 2
cos2
15-1
I0
第十五章 光的偏振
p1
I1
I p2
2 p3
I3
p1
p2 p3
I2
I0 2
cos2
I3
I2
cos2 (π 2
)
I3
I2
sin2
1 2
I0
cos2
sin 2
I3
1 8
I0
sin
偏振化方向 当自然光照射在偏振片上时，
它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振 片的偏振化方向 .
起 偏
I0
起偏器
1 2 I0 偏振化方向
15-1
检 偏
起偏器
第十五章 光的偏振
检偏器
15-1
一 马吕斯定律（1880 年）
N
I0
第十五章 光的偏振
M EI
起偏器
E0
检偏器
N
M
E
E0
E E0 cos
cot i0
n1 n2
tan(π 2
i0 )
tan
15-1
第十五章 光的偏振
讨论 讨论下列光线的反射和折射（起偏角 i0）.
i0
i0
i0
i
i
i
15-1
第十五章 光的偏振
例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角
为布儒斯特角 i0 ，问 在界面 2 的反射光是什么光？
注意：一次
n1 i0 i0
2
2
若
在
0
~
2π
间变化，
I
如何变化？
3
0,π ,π , 3π ,
22
I3 0
π , 3π , 5π , 7π ,
44 4 4
I3
I0 8
15-1
二 布儒斯特定律
第十五章 光的偏振
光反射与折射时的偏振
ii
n1
n2
玻璃
入射面 入射面和法线 所成的平面 .
反射光 部分偏振光 ， 垂直于入射面的振动大于平 行于入射面的振动 .
向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴
对称）这样的光叫自然光 .
自然光以两互相垂直的互 为独立的 （无确定的相位关 系）振幅相等的光振动表示 , 并各具有一半的振动能量 .
v
E
注意
➢ 二互相垂直方向是任选的 .
符号表示
➢ 各光矢量间无固定的相位关系 .
15-1
第十五章 光的偏振
偏振光 （线偏振光） 光振动只沿某一固定方向的光 .