椭圆偏振光和圆偏振光
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(4)
5
§19-1 原子发光模型
一.原子的发光
光是光源中的原子或分子从高能级向低能级跃迁 时发出的。
能级跃迁辐射
E2
v=(E2-E1)/ h 波列
E1
波列长x = c
原子发出的光是一个有限长的波列。
6
二.光 源
1.普通光源：自发辐射(随机、独立)
∵
∴
不相干(不同原子发的光)
不相干(同一原子先后发的光)
2
可见光,即能引起人的视觉的电磁波,它的频率在 3.9×1014 ～ 7.7×1014Hz 之 间 , 相 应 真 空 中 的 波 长 在 7700Å~3900Å之间。不同频率的光，颜色也不同。频 率与颜色如表19-1所示。
红光 橙光 黄光 绿光 青 蓝光 紫光
表19-1 可见光的范围
7700~6200Å 3.9×1014 ~4.8 ×1014Hz 6200~5900Å 4.8×1014 ~5.1 ×1014Hz 5900~5600Å 5.1×1014 ~5.4 ×1014Hz 5600~5000Å 5.4×1014 ~6.0 ×1014Hz 5000~4800Å 6.0×1014 ~6.3 ×1014Hz 4800~4500Å 6.3×1014 ~6.7 ×1014Hz 4500 ~3900Å 6.7×1014 ~7.7 ×1014Hz
图19-8 16
例题19-1 自然光连续通过两个叠在一起的偏振 片后，透射光强为入射光强的四分之一，求两个偏振 片偏振化方向之间的夹角。
解 设两偏振片偏振化方向间的夹角为，于是
Io
1 2 Io
(
1 2
I
o
)
cos
2
• •• • 自然光
图19-9
由
I
1 2
Iocos2
1 4
Io
解得： =45°(or 135°)。
图19-2
• •• ••
自然光的表示法：用两个独立的(无确定相位关 系)、相互垂直的等幅振动来表示。图19-2中,圆点表 示垂直于纸面的振动,短线表示平行于纸面的振动。
11
将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一部分移 去得到的光，称为部分偏振光。
将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移 去得到的光，称为完全偏振光。
波动光学
(Wave motion optics)
1
引子
本章开始的研究对象: 光。 光是什么？近代物理认为，光既是一种波动(电 磁波)，又是一种粒子(光子)。就是说，光是具有波 粒二象性的统一体。 光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学 三部分。 我们首先研究光的波动性。波动光学是当代激 光光学、信息光学、非线性光学和很多应用光学的 重要基础。波动最重要的特征是具有干涉、衍射和 偏振现象。
部分偏振光的表示法：
••• •
•• •• •• ••
图19-3 部分偏振光
完全偏振光(线偏振光、平面偏振光)的表示法：
••• •• ••
图19-4 线偏振光
12
*二.椭圆偏振光和圆偏振光
光矢量在垂直于光的传播方向的平面内,按一定频 率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量的端点轨迹是一个 椭圆,这种光叫做椭圆偏振光。如果光矢量端点轨迹是 一个圆,这种光叫做圆偏振光,如图19-5所示。这相当于 两个相互垂直的有确定相位关系的振动的合成。
偏振—研究光矢量在垂直于传播方向的平面内的 振动状态(偏振态)。
最常见的偏振光有五种:自然光、线偏振光、部分 偏振光、*椭圆偏振光和圆偏振光。
10
一.自然光 部分偏振光 线偏振光
普通光源发出的光、阳光都是自然光。由于原子 发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发出的光的 光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取 0~360°内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占 有优势。具有上述特性的光，称为自然光。
17
例题19-2 强度为Io自然光连续通过三个叠在一起 的偏振片A、B、C，AC，求最大透射光强。
解 设偏振片A、B偏振化方向间的夹角为，有
Io
A
• •• •
自然光
1 2 Io
B
(
1 2
I
o
)cos2
头“ ”表示。 Io
偏振片
1 I 2 Io
• •• •
自然光
线偏振光
图19-6 14
偏振片既可用作起偏器,又可用作检偏器。 若以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察透过 偏振片的光, 光强无变化的是自然光; 光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光; 光强有变化,但最小值为零(消光)的是线偏振光。
2. 激光光源：受激辐射 (将在近代物理中讨论)
3.同步辐射光源
7
§19-2 光波列的频谱宽度
光波列长度: x = c t
它不是单色光，实际是由 某一中心波长o附近的许多不 同频率的单色光组成。
波列长x
由付里叶积分可以证明，频宽：v 1 t
可见, 波列愈长, 其单色性愈好。
实际谱线宽度大大超过上述自然宽度。原因
3
S EH
就能量的传输而言，光波中的电场E和磁场H 是同等重要的。但实验证明,引起眼睛视觉效应和 光化学效应的是光波中的电场,所以我们把光波中 的电场强度E称为光矢量(或光振动)。
在波动光学中, 光强定义为
I S EH o E2 E2
o
4
第 19 章
光的偏振
（Polarization of light）
y
y
x 右旋Βιβλιοθήκη x 左旋图19-5
j2-j1=p/2
j2j1 p/2
13
§19-4 偏振片 马吕斯定律
一.偏振片的起偏和检偏
偏振片的构造: 将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列 并蒸镀在透明基片上,就制成偏振片。
偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振动而仅让 与此方向垂直的光振动通过。
偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭
•• •• •• •
图19-7
15
2.马吕斯定律 马吕斯指出,强度为Io的线偏振光,透过检偏片后, 透射光的强度(不考虑吸收)
I=Iocos2
(19-1)
式中, 是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化 方向之间的夹角。上式称为马吕斯定律。
证明如下： Io= Eo2
Eo Eocos
I=(Eocos)2 = Iocos2
一是原子间的碰撞是激发态寿命( t)缩短；
二是运动原子发出的光有多普勒频移。
8
波列长x = c t
x = c t
v 1 t
由v=c/ , 有
c v 2 ,
λ2 x
λ
9
§19-3 光的偏振态
光波是横(电磁)波。光波中光矢量(电场)的振动 方向与光的传播方向垂直。
E 光的传播方向
H
图19-1
5
§19-1 原子发光模型
一.原子的发光
光是光源中的原子或分子从高能级向低能级跃迁 时发出的。
能级跃迁辐射
E2
v=(E2-E1)/ h 波列
E1
波列长x = c
原子发出的光是一个有限长的波列。
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二.光 源
1.普通光源：自发辐射(随机、独立)
∵
∴
不相干(不同原子发的光)
不相干(同一原子先后发的光)
2
可见光,即能引起人的视觉的电磁波,它的频率在 3.9×1014 ～ 7.7×1014Hz 之 间 , 相 应 真 空 中 的 波 长 在 7700Å~3900Å之间。不同频率的光，颜色也不同。频 率与颜色如表19-1所示。
红光 橙光 黄光 绿光 青 蓝光 紫光
表19-1 可见光的范围
7700~6200Å 3.9×1014 ~4.8 ×1014Hz 6200~5900Å 4.8×1014 ~5.1 ×1014Hz 5900~5600Å 5.1×1014 ~5.4 ×1014Hz 5600~5000Å 5.4×1014 ~6.0 ×1014Hz 5000~4800Å 6.0×1014 ~6.3 ×1014Hz 4800~4500Å 6.3×1014 ~6.7 ×1014Hz 4500 ~3900Å 6.7×1014 ~7.7 ×1014Hz
图19-8 16
例题19-1 自然光连续通过两个叠在一起的偏振 片后，透射光强为入射光强的四分之一，求两个偏振 片偏振化方向之间的夹角。
解 设两偏振片偏振化方向间的夹角为，于是
Io
1 2 Io
(
1 2
I
o
)
cos
2
• •• • 自然光
图19-9
由
I
1 2
Iocos2
1 4
Io
解得： =45°(or 135°)。
图19-2
• •• ••
自然光的表示法：用两个独立的(无确定相位关 系)、相互垂直的等幅振动来表示。图19-2中,圆点表 示垂直于纸面的振动,短线表示平行于纸面的振动。
11
将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一部分移 去得到的光，称为部分偏振光。
将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移 去得到的光，称为完全偏振光。
波动光学
(Wave motion optics)
1
引子
本章开始的研究对象: 光。 光是什么？近代物理认为，光既是一种波动(电 磁波)，又是一种粒子(光子)。就是说，光是具有波 粒二象性的统一体。 光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学 三部分。 我们首先研究光的波动性。波动光学是当代激 光光学、信息光学、非线性光学和很多应用光学的 重要基础。波动最重要的特征是具有干涉、衍射和 偏振现象。
部分偏振光的表示法：
••• •
•• •• •• ••
图19-3 部分偏振光
完全偏振光(线偏振光、平面偏振光)的表示法：
••• •• ••
图19-4 线偏振光
12
*二.椭圆偏振光和圆偏振光
光矢量在垂直于光的传播方向的平面内,按一定频 率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量的端点轨迹是一个 椭圆,这种光叫做椭圆偏振光。如果光矢量端点轨迹是 一个圆,这种光叫做圆偏振光,如图19-5所示。这相当于 两个相互垂直的有确定相位关系的振动的合成。
偏振—研究光矢量在垂直于传播方向的平面内的 振动状态(偏振态)。
最常见的偏振光有五种:自然光、线偏振光、部分 偏振光、*椭圆偏振光和圆偏振光。
10
一.自然光 部分偏振光 线偏振光
普通光源发出的光、阳光都是自然光。由于原子 发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发出的光的 光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取 0~360°内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占 有优势。具有上述特性的光，称为自然光。
17
例题19-2 强度为Io自然光连续通过三个叠在一起 的偏振片A、B、C，AC，求最大透射光强。
解 设偏振片A、B偏振化方向间的夹角为，有
Io
A
• •• •
自然光
1 2 Io
B
(
1 2
I
o
)cos2
头“ ”表示。 Io
偏振片
1 I 2 Io
• •• •
自然光
线偏振光
图19-6 14
偏振片既可用作起偏器,又可用作检偏器。 若以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察透过 偏振片的光, 光强无变化的是自然光; 光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光; 光强有变化,但最小值为零(消光)的是线偏振光。
2. 激光光源：受激辐射 (将在近代物理中讨论)
3.同步辐射光源
7
§19-2 光波列的频谱宽度
光波列长度: x = c t
它不是单色光，实际是由 某一中心波长o附近的许多不 同频率的单色光组成。
波列长x
由付里叶积分可以证明，频宽：v 1 t
可见, 波列愈长, 其单色性愈好。
实际谱线宽度大大超过上述自然宽度。原因
3
S EH
就能量的传输而言，光波中的电场E和磁场H 是同等重要的。但实验证明,引起眼睛视觉效应和 光化学效应的是光波中的电场,所以我们把光波中 的电场强度E称为光矢量(或光振动)。
在波动光学中, 光强定义为
I S EH o E2 E2
o
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第 19 章
光的偏振
（Polarization of light）
y
y
x 右旋Βιβλιοθήκη x 左旋图19-5
j2-j1=p/2
j2j1 p/2
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§19-4 偏振片 马吕斯定律
一.偏振片的起偏和检偏
偏振片的构造: 将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列 并蒸镀在透明基片上,就制成偏振片。
偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振动而仅让 与此方向垂直的光振动通过。
偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭
•• •• •• •
图19-7
15
2.马吕斯定律 马吕斯指出,强度为Io的线偏振光,透过检偏片后, 透射光的强度(不考虑吸收)
I=Iocos2
(19-1)
式中, 是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化 方向之间的夹角。上式称为马吕斯定律。
证明如下： Io= Eo2
Eo Eocos
I=(Eocos)2 = Iocos2
一是原子间的碰撞是激发态寿命( t)缩短；
二是运动原子发出的光有多普勒频移。
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波列长x = c t
x = c t
v 1 t
由v=c/ , 有
c v 2 ,
λ2 x
λ
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§19-3 光的偏振态
光波是横(电磁)波。光波中光矢量(电场)的振动 方向与光的传播方向垂直。
E 光的传播方向
H
图19-1