光学-偏振

三光的偏振理解自然光与偏振光的区别;理解布儒斯特定律和马吕斯定律;了解双折射现象;了解线偏振光的获得方法和检验方法.教学基本要求17—12光的偏振性马吕斯定律光的偏振现象：偏振是横波特有的现象，如机械横波：缝阑转900后波不能通过——偏振现象.如光波能发生这种现象，就是横波。实验1：演示观察太阳光，看到偏振片透明，将偏振片转过900后，情况不变。问题：光波是不是横波？!偏振化方向BA//实验2：演示偏振片透明偏振片全黑（消光现象）B绕轴旋转，强度发生变化AB说明了光波是横波！问题：如何解释实验1、2？实验1：转过900后，偏振片仍然透明。一自然光偏振光偏振光线偏振（完全偏振）部分偏振椭圆（圆）偏振（1）线偏振光：光波的振动方向只有一个方向（2）部分偏振光：各个振动方向都有，但有一个方向占优势。光振动方向与画面平行光振动方向与画面垂直部分偏振光（3）椭圆（圆）偏振光：一个振动方向，但振动方向随时间变化（变化沿椭圆）（4）自然光：实际的光源是大量原子发出自然光，包含着无数多个振动方向。自然光实验1：BA//实验2:偏振片透明偏振片全黑ABB绕轴旋转,强度发生变化偏振片透明绕轴旋转900，情况不变。现在可以解释实验1、2了利用选择吸收获得线偏振光M'MN'N起偏器检偏器偏振片的起偏与检偏作用偏振化方向二偏振片起偏和检偏三马吕斯定律研究透射光的强度200AI2AI202202020cosAAAAII20cosII注意（1）若自然光在a的前方强度是I0，则过a后的强度是(I02)（2）由马吕斯定律知0180,000270,900maxII0minI—马吕斯定律例1.让入射的平面偏振光依次通过偏振片P1和P2，P1和P2的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是和,欲使最后透射光振动方向与原入射光振动方向垂直,并且透射光有最大光强,问,各应满足什么条件?解：要使透射光与入射光垂直,须2A1P2PP1、P2间夹角设入射光强为I0，则透射光强为220cos)cos(II)2(coscos220I220sincosI2sin420I要使，须maxI12sin224217—13反射光和折射光的偏振1.反射光的偏振：产生部分偏振光或完全偏振光。0i0iii部分偏振光完全偏振光马吕斯发现：自然光反射时，可以当i=i0时，反射光为完全偏振光，i0叫“起偏角”。布儒斯特定律起偏角20i21120nnntgisinsin201nin02cosin1210nntgi反射光是完全偏振光时，实验证明：)2sin(02in——布儒斯特定律0i0i应用：10可由反射获得线偏振光例如激光器中的布儒斯特窗,20可测不透明媒质折射率11nnn2BintgiB30若反射光是部分偏振光，利用偏振片可消去大部分反射光（如镜头前加偏振片、偏光望远镜等）。Bi线偏振光最后得到布儒斯特窗2.折射光的偏振0i17—14双折射偏振棱镜一双折射的寻常光和非常光O光：寻常光线，遵循折射定律。1.双折射现象产生的原因各向同性的介质各方向对光的折射率n相同，不产生双折射。对O光：一个折射率对e光：无数个折射率但CaCO3等类各向异性晶体e光：非常光线，不遵循折射定律。CaCO3方解石CaCO3oeoe2.几个概念（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播的光不发生双折射。（2）晶体的主截面（3）光线的主平面注意：重点研究：10o光e光的主平面不一定相同o光的振动方向o光的主平面e光的振动方向//e光的主平面*入射光在主截面内*主平面、主截面为同一平面*o光振动方向e光振动方向20主平面，主截面不一定相同。（4）正晶体负晶体主要研究负晶体：enn0evv0,n0常数在垂直于光轴的方向上：(min)(max)eenv(min)en负晶体的主折射率vcn0vev0vevne变化负晶体正晶体二尼科尔棱镜（用方解石粘结而成，得到e光）方解石加拿大树胶551.n068)486.1n658.1n(e0eoe最亮最暗尼科耳棱镜的起偏和检偏三用惠更斯原理解释双折射现象oeoeeo0e为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆044345257223§23—5波晶片偏振光的干涉1.椭圆偏振光与圆偏振光的产生)cos(11tAx)cos(22tAy回顾互相垂直的机械振动的合成,2,1,0kk2)12(kk为直线为椭圆为正椭圆k为偶数，振动方向不变。k为奇数振动方向改变2。2若相同，恒定，振动方向互相垂直，且k21EE合振动为任一椭圆正椭圆圆注意：10自然光在双折射晶体中产生的o光、e光迭加，不能产生椭圆偏振光。20由同一单色偏振光在双折射晶体中分成的o光、e光可能产生椭圆偏振光。)cos()cos(2211tEEtEEyx2)12(k对光振动：sincosAAAAoeenn0edndn0)(220ennd0,2,1kk*k时晶片出来的光是椭圆偏振光*=k时，(k=1,2…)仍为线偏振光k为偶数，振动方向不变k为奇数振动方向改变2AA0Aeabd光轴主平面k若=450时，是圆偏振光2.波晶片：（1）/2波片：晶片的厚度d，使光程差为/2。2)(0ennd2)(0ennd符合k入射光是线偏振光时，从/2波片中出来（2）/4波片：光程差)(20ennd4)(0ennd)(40ennd2)(0ennd符合k入射是线偏振光时，从/4波片中出来是注意：/2波片、/4波片是对一定的而言的。（1/2波片1/4波片）仍是线偏振光。椭圆偏振光。23.偏振光的干涉研究在同一平面上振动的两偏振光的干涉偏振片B附加位相差从C出射的o光、e光通过B后才会产生通常意义下的干涉。0e1A从C出射的o光、e光能否产生干涉？（1）A、B两偏振片的偏振化方向互相垂直放置：abc1A0AeA20AeA2不能！晶面上O光、e光的位相相同。从晶体中出来后，O光、e光位相差为)(20enndoe1A偏振片B附加位相差。)(20ennd总min)12(max2kk,2,1k)(0enndmax2)12(kmink,2,1k（2）A、B两偏振片的偏振化方向平行放置：ab1ACeA0AeA220A)(20//ennd总只取决于晶体板带来的位相差)(20//ennd总min)12(max2kk//注意：由于在白光的照射下，对同一晶板，在正交系统中出现的颜色与平行系统中出现的颜色互补——色偏振现象例2.在两个偏振化方向互为正交的偏振片P1、P2之间放进厚度为d=1.713×10-4m晶体片，此晶片的光轴平行于晶片表面而且与P1、P2的偏振化方向皆成450角，以=589.3nm的自然光垂直入射到P1上，该晶体对此光的折射率n0=1.658ne=1.486（1）说明1、2、3区域光的偏振态（2）求3区域光强与入射光强I0之比（3）若晶片C的光轴与晶片表面垂直，再次求3区域光强与入射光强I0之比（4）若P1//P2，以上情况如何？2P0I1PC123045解（1）：1区域光的偏振态2区域光的偏振态取决于100)(20ennd符合=k3区域光的偏振态：101100符合=kk为奇数，偏振方向本应改变2k为偶数，偏振方向不变但因相消干涉：03I003II（2）：（3）：区域1的线偏振光沿光轴透过晶片，无双折射，偏振方向不变，P2也无附加光程差，无光透过。0II,0033I（4）：略2P0I1PC12304512