第13章+波动光学(偏振)_PPT课件

若P1与P2平行
P1 , P2
A1
Ao
A2e
A2o
Ae
单色
P1
自然光I0
光轴 P 2
甲区
C 乙区
丙区
A 2oA osinA 1si2 n d
i
折射光中平行入射面振动占优 布儒斯特定律
i0
r0
nnnn1212
入射角满足 i0 arctgnn12 时
反射光是线偏振光，振动垂直入射面 用玻璃片堆起偏
i0 布儒斯特角 起偏角
由折射定律
i0
r0
π 2
讨论 讨论下列光线的反射和折射（起偏角 i 0 ）.
i0
i0
i0
i
i
i
在拍摄玻璃窗内的物体时，加偏振片可去掉反射光的干扰。
2.惠更斯原理对双折射的描述 光的传播速度取决于光矢量振动方向与晶体光轴的夹角
o光、e光的波阵面
o光：各方向的传播速度相等
no
c vo
常数
e 光：传播速度与方向有关
沿光轴方向上，e 光与o光速度相等
垂直光轴方向上，e 光与o光速度差别最大
光轴
ne
c ve
光轴
vo t ve t
vo t ve t
正晶体 如：石英、冰 负晶体 如：方解石、红宝石
偏振片的用途：“起偏”和“检偏”
光强 I0/2
马吕斯定律
A0
A2 A1
I0
I
光强为I0的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为：
I I0co2s
证明： A1A0cos I0 A 0 2 , I A 1 2
I I0
A12 A02
co2s
I I0co2s
三、反射和折射起偏 布儒斯特定律
反射光中垂直入射面振动占优
（A）玻璃门表 面的反光很强
（B）用偏光镜减 （C）用偏光镜消除了 弱了反射偏振光 反射偏振光,使玻璃门
内的人物清晰可见
四、双折射现象
1.双折射晶体
入射光
e光
o光
服从折射定律，寻常光，o光
不服从折射定律，非常光，e 光
二者均为线偏振光
o光折射线一定在入射面内 e光折射线不一定在入射面内
方解石晶体（CaCO3）
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 .
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 .
偏振化方向
允许通过的光振 动方向。
光强 I0
y
A x 1 2 2 A y 2 2 2 2 A 1 x A 2c yo 2 s1 )( s2 i(n 21 )
x仍
= 0
为 线
偏
4
2
3
4
0
右旋
=
振
光
5
4
3
2
7
4
2
左旋
椭圆偏振光
合成轨道是圆——称为圆偏振光(特殊的椭圆偏振光)
2. 晶体波片
晶体薄片，光轴平行于薄片表面
线偏振光
y
光线正入射
惠更斯作图法(负晶体为例) 光轴 界面，自然光正入射
自然光
光轴 界面，自然光正入射
自然光
光轴
o光
o光
光轴
e光
e光
e 光的速度等于o光速度 光轴 界面，自然光斜入射
e 光的速度大于o 光速度 光轴与界面斜交，自然光正入射
光轴
o光 e光
波射线
光轴
o光
晶体
e光
3.尼克耳棱镜
将天然的方解石晶体按一定的要求加工成两块直角棱镜， 然后再用特种树胶把它们粘合起来制成一块斜长方形的光学 棱镜。
光偏振状态的检验 线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光
第一步：用偏振片
线偏振光 偏 I 变、有消光
部分偏振光 椭圆偏振光
振 片
I 变、无消光
()
圆偏振光 自然光
转 动
I 不变
第二步：再用1/4波片 + 偏振片
自然光 四
自然光 偏 I 不变
分
振
圆偏振光 之 线偏振光 片 有消光
()
自然光 48o e 光
68o 光轴 O 光
no 1.6584 ne 1.4864
尼科耳棱镜可用于起偏和检偏
nc 1.55
五、椭圆偏振光和圆偏振光 波片
1. 椭圆偏振光和圆偏振光
偏振方向垂直、频率相同、相位差恒定的线偏振光的合成
x A 1 co t 1 s ) ,( y A 2 co t 2 s )(
P1
丙区： A 2 oA oco sA 1sin cos A 2eA esin A 1sin cosA2o C 2(n o n e )d
Ao
A2o
A1
C Ae
A2e P2
A A 2 2eA 2 2o2A 2eA 2oco Δ s
I1 2I0si2n 2si2n 2
光光
光光
光轴
晶体内的一个特殊方向， 在此方向上不发生双折射
光轴在晶体内 光轴是一个方向
分类：
单轴晶体 方解石（冰洲石） 石英 红宝石
方解石晶体
102 0
102 0 102 0Hale Waihona Puke Baidu
双轴晶体
云母
710
蓝宝石
硫磺
78 0 78 0
光轴方向
磨光，可得到与光轴垂直的表面
主截面 光轴与晶体表面的法线构成的平面 一组相互平行的平面
2.自然光
y
x
一束自然光可分解为两束振动方 向相互垂直的、等幅的、不相干 (无固定相位关系)的线偏振光
I Ix Iy 坐标轴任意选择 Ix Iy 12I
3.部分偏振光 本质上同自然光 但显示出某个方向的振动较强些 ⊥分量占优 ∥分量占优
分解
可看作线偏振光 与自然光的混合
二、偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律
A
Ao x
Ae
z 椭圆偏 振光
Ao Asin (none)d
Ae Acos
2(none)d
两束光出现固定的相位差—相干光
光轴
线偏振光
椭圆偏振光
d
? 椭圆偏振光
线偏振光
1 波片 4 1 波片 2
全波片
(none)d1 4 2 (none)d2
(none)d1 2 2 (none)d
(none)d 2 (none)d2
主平面 晶体中光线与光轴方向构成的平面
o光
服从折射定律 线偏振光 振动方向垂直o光主平面 振动方向垂直光轴
光轴
e光
o光
71 o
方解石
e光
o光主平面与e光主 平面并不一定重合
不服从折射定律 线偏振光 振动方向平行e 光主平面 振动方向与光轴夹角及传播有关
当入射面与某个主截面重合 时，o光主平面、e 光主平面 都在主截面内，o光和e光振动 方向严格垂直
椭圆偏振光 部分偏振光
一 线偏振光* 波 片 部分偏振光
转 动
有消光 I 变 无消光
六、偏振光的干涉
1.典型装置
单色
P1
自然光I0
甲区
光轴
C 乙区
线偏振光
光轴 方向
I1
P2
?d
o光 e光
丙区
甲区： 乙区：
线偏C 振2光(，no振ne)幅d dA与1，晶光体强种I1类 12、I0波长、波片厚度有关
Ao A1sin Ae A1cos