09光的偏振缩减

Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China1光的偏振§1光的偏振态一、自然光与偏振光二、偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律三、反射光与投射光的偏振态§2双折射现象一、双折射现象与重要概念Birefringence二、主轴、主平面、主截面三、晶体的主折射率、正晶体、负晶体四、晶体中光传播方向的惠更斯作图法Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China2光通过双折射晶体Birefringence:一束光入射到各向异性的媒质中分成两束光的现象。一、双折射现象birefrigencePoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China32i1iglassnnii21sinsinconst折射定律光光纸面方解石晶体Birefringence以入射线为轴,转动方解石,光点o不动，e绕o转；o光e光都是偏振光，且偏振方向互相垂直。所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China4寻常光线（o光）(ordinaryrays)服从折射定律的光线非常光线（e光）(extraordinrayrays)不服从折射定律的光线（一般情况，非常光线不在入射面内）实验证明：O光和光均为偏振光.eACBoeDeoPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China5产生双折射的原因O光波阵面光波阵面eeevcn光轴Ovev寻常光线在晶体中各方向上传播速度相同.ΟΟvcn常量非常光线晶体中各方向上传播速度不同,随方向改变而改变.为主折射率en(垂直于光轴方向上的速度）ePoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China6方解石晶体光轴当光线沿着某一方向传播时不发生双折射现象，称这一方向为晶体的光轴.光轴102AB光轴787878102102二、光轴、主平面、主截面只有一个光轴的晶体称单轴晶体，如方解石、石英,冰等；有两个光轴的晶体称双轴晶体,如云毋、硫磺，兰宝石等。（本章只讨论单轴晶体的双折射）Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China7O光振动其主平面;实验表明:e光振动在其主平面内o光，e光的主平面可能重合，也可能不重合；e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面····主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面,称为该光线的主平面。主截面：当光在一晶体表面入射时，此表面的法线与光轴所成的平面.当入射面是主截面时,o光的振动垂直主截面,e光的振动平行于主截面.Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China8三、晶体的主折射率，正晶体、负晶体o光的次波，各方向传播的速度均为v0，点波源波面为球面,振动方向始终垂直其主平面.(如图)o光只有一个光速vo，一个折射率no.惠更斯研究双折射现象提出:在各向异性的晶体中,次波源会同时发出o光、e光两种次波.00vcn························vot光轴e光的次波,各方向传播的速度不同。点波源波面为旋转椭球面,振动方向始终在其主平面内.（如图）光轴vetvoteevnce光在平行光轴方向上的速度与o光的速度相同为v0;e光在垂直光轴方向上的速度与o光的速度相差最大，记为ve，其相应的折射率为ne.Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China9n0，ne称为晶体的主折射率.正晶体：ne＞no(ve＜vo)，如石英、冰等。负晶体：ne＜no(ve＞vo)，如方解石、红宝石等。子波源votvet光轴votvet光轴正晶体(vove)负晶体(vove)子波源00vcneevncPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China10BtcAB’A’BtcA’AB’········光轴o光e光(a)各向同性媒质(b)单轴晶体画图步骤：1.画出平行的入射光束，边缘光线与晶体界面的交点为A，B’2.由先到界面的A点作另一边缘线的垂线AB，此为入射光的波面。求出B到B’的时间cBBt/3.以A为中心，为半径在折射媒质中作半圆，这是另一边缘光线到达B’时由A点发出的次波面。（o光）to四、晶体中光传播方向的惠更斯作法（入射面包含光轴或垂直光轴）负晶体(ve＞vo)Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China114.通过B’点作上述半圆的切线（实际上是切面），这就是折射线中o光的波面5.从A连接到切点A’的方向便是o光的方向。6.以A点为中心点，在光轴方向上作一个与半球面相切的半椭圆，其另外的半主轴长为te7.从B’点作上述半椭圆的切线，这是e光的波面8.从A连接到上述切点的方向便是e光的方向。图（b）中主截面与入射面重合（即纸平面），从而两个切点与两折射线都在此同一个平面内。同时这个平面也是两折射线的主平面。则o光的振动方向垂直纸面，e光的振动方向平行纸面。Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China121.光轴‖晶体表面，自然光入射:o,e在方向上虽没分开，但速度上是分开的，一快光(e光)一慢光(o光)。∴还是有双折射的。····eoeo光轴晶体····e光,o光的振动方向如何？方法：先找它们的主平面。2.光轴晶体表面，自然光入射:····eoeo光轴晶体····在光轴的方向上，o光e光的传播方向均沿着光轴方向，且波面重合，两折射光线的速度相同。即没有发生双折射现象。Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China133.光轴∥晶体表面，且入射面，自然光斜入射此种情况下，在入射面（纸）内，o光，e光都满足折射定律，nvoocii02sinsinnveeecii2sinsino光、e光的振动方向如何？····晶体光轴ii2oi2eo········oΔteΔteoecΔt4.光轴与晶体表面斜交，自然光入射······oe晶体光轴····e方解石光轴······oeo注意:此时e光的波面不再与其传播方向垂直了。Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China14作业：•1.试用惠更斯作图法分别求光轴平行于折射表面及垂直于折射表面的情况下，光线斜入射时e光与o光的传播方向。•2.由双折射晶体（no=1.50，ne=1.60）做成等腰直角棱镜ABC，光轴与AC平行，如图。一束自然光在空气中从AB面垂直入射，试用惠更斯作图法定性地画出从棱镜中射出地光的方向ABCPoet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China15§3晶体偏振器件1.晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，这就是晶体的二向色性.例如,电气石对o光有强烈吸收，对e光吸收很弱，用它可产生线偏振光：(晶体偏振器)电气石光轴····光轴e光2.偏振棱镜偏振棱镜可得高质量的线偏振光。Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China16对第一个棱镜是o光，它由光密→光疏，让其入射角＞临界角(约690)，∴在交界面全反射,被涂层吸收。············光轴光轴方解石方解石加拿大树胶(n=1.55)oe吸收涂层i例1.格兰-汤姆逊偏振棱镜光轴的取向使o光、e光对应的恰是主折射率no、ne。no(1.6584)＞n(1.55)＞ne(1.4864)Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China17对第一个棱镜是e光，它绝大部分透射，并且沿入射方向射出第二个棱镜，即为所要的非常纯的线偏振光。(入射光可有约100范围内偏差).············光轴光轴方解石方解石加拿大树胶(n=1.55)oe吸收涂层ino(1.6584)＞n(1.55)＞ne(1.4864)Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJIANNORMALUNIVERSITYFuzhou,Fujian350007,China18例2.沃拉斯顿棱镜光从棱镜1进入棱镜2时：o光(点)变e光光密光疏折射角＞入射角;e光(道)变o光光疏光密折射角＜入射角，二者分开。进入空气后,均是由光密→光疏，∴可得到进一步分开的二束线偏振光。·12方解石方解石·······oe光轴光轴·（偏光分束镜）no(1.6584)＞ne(1.4864)Poet.fjnu.edu.cn物理与光电信息学院SchoolofPhysicsandOptoElectronicsTechnologyFUJI