《高中物理 第十三章 光 6 光的偏振及相关知识素材 新人教选修34.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理 第十三章 光 6 光的偏振及相关知识素材 新人教选修34.ppt（123页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 光的偏振光的偏振2021/8/11 星期三1自然光与偏振光自然光与偏振光一一.光的偏振性光的偏振性1.定定义偏振：偏振：偏振偏振现象象横波横波振振动面面 波振波振动方向方向对于于传播方向的不播方向的不对称性称性.2.偏振偏振态的种的种类：椭圆偏振光偏振光自然光、自然光、平面偏振光平面偏振光(线偏振光偏振光)、部分偏振光、部分偏振光、圆偏振光、2021/8/11 星期三2自然光自然光（非偏振光）（非偏振光）一一般般光光源源发出出的的光光圆偏偏振振光光椭圆偏偏振振光光左左旋旋右右旋旋偏振偏振态的分的分类部分偏振光部分偏振光完全偏振光完全偏振光左左旋旋右右旋旋平平面面偏偏振振光光（线偏偏振振光光）
2、一般，用一般，用单色光色光讨论偏振偏振态。2021/8/11 星期三3二二.自然光与偏振光自然光与偏振光1平面偏振光平面偏振光(线偏振光偏振光)振振动面面 光矢量（光矢量（）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光 叫线偏振光（也称平面偏振光）叫线偏振光（也称平面偏振光）光振光振动方向与方向与传播方向播方向决定的平面称决定的平面称为振振动面面面面对光的光的传播方向看播方向看2021/8/11 星期三4线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyExyx 表示法：表示法：光振光振动垂直板面垂直板面光振光振动平行板面平行板面2021/8
3、/11 星期三5独立、同一原子不同独立、同一原子不同时刻刻发的光的光普通光源普通光源(自自发辐射射产生生)一般一般发射自然光射自然光独立、不同独立、不同原子同一原子同一时刻刻发的光的光 =(E2-E1)(E2-E1)/h h E1E2波列波列波列波列长L=cDt 发光光时间 Dt Dt 10-8 s10-8 s原子原子发光：光：瞬息万瞬息万变的的初相位；此初相位；此起彼伏、方起彼伏、方向不定的向不定的间歇振歇振动。自自发辐射射跃迁迁2.自然光自然光2021/8/11 星期三6自然光自然光特点特点在垂直光线的平面内，光矢量沿各方向振动在垂直光线的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等的概率均等.X
4、YZE没有没有优势方向方向这种大量振幅相同、各种振动方向都有、彼此没有固定相位这种大量振幅相同、各种振动方向都有、彼此没有固定相位关系的光矢量的组合叫非偏振光或自然光。关系的光矢量的组合叫非偏振光或自然光。总光光强 EyEx图示法示法可以分解可以分解为彼此独立、振幅相等、振彼此独立、振幅相等、振动方向互相垂直、不相干的两束方向互相垂直、不相干的两束线偏振光偏振光.2021/8/11 星期三7xyz部分偏振光及其表示法部分偏振光及其表示法垂直垂直纸面的光振面的光振动较强在在纸面内的光振面内的光振动较强3.部分偏振光部分偏振光 可以看成自然光和可以看成自然光和线偏振光的混合偏振光的混合.偏振度偏振
5、度意义：对各种偏振程度不同的光给以定量描述。意义：对各种偏振程度不同的光给以定量描述。注意：注意：Imax、Imin的方向的方向必必须相互垂直相互垂直2021/8/11 星期三8偏振度偏振度0P1平面偏振光平面偏振光:Imin=0，P=1自然光：自然光：Imax=Imin，P=0部分偏振光：部分偏振光：Io总光光强IP偏振光的光偏振光的光强In自然光的光自然光的光强IP=0P=0 自然光自然光In=0P=1 线偏振光偏振光2021/8/11 星期三92线偏振光和部分线偏振光线偏振光和部分线偏振光振振动方向相互垂直的两列光波的叠加方向相互垂直的两列光波的叠加振振动垂直垂直相位相位相同相同说明：明
6、：一束一束线偏振光偏振光自然光自然光 偏振片偏振片 线偏振光偏振光?两束垂直两束垂直、同相的、同相的线一一.线偏振光的表示偏振光的表示2021/8/11 星期三10二二.起偏和起偏和检偏偏1.1.起偏起偏 (1)(1)物质的二向色性，物质的二向色性，(2)(2)反射和折射，反射和折射，(3)(3)双折射双折射,(4)(4)散射，散射，.从自然光获得偏振光叫从自然光获得偏振光叫“起偏起偏”，相应的光学器，相应的光学器件叫件叫“起偏器起偏器”。3.物物质的二向色性起偏的二向色性起偏二向色性：二向色性：如如:电气石气石对o光和光和e光的吸收有很大差异光的吸收有很大差异.晶体晶体对光振光振动选择吸收的
7、特性。吸收的特性。2.起偏的途径起偏的途径利用某种形式的不利用某种形式的不对称性称性,如如2021/8/11 星期三11电气石气石Z1mm厚厚的的电气气石石可可将将 o光光吸吸收收净，e光光却却有有剩剩余余可制成偏振片可制成偏振片.人造偏振片：人造偏振片：聚乙聚乙烯醇醇 加加热拉伸拉伸 碘液浸染碘液浸染 玻片保玻片保护 偏振片的偏振片的 透振方向：透振方向：偏振片透偏振片透过电矢量的方向。矢量的方向。线偏振光线偏振光用偏振片用偏振片获得得线偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向Z偏振片偏振片出射光出射光强2021/8/11 星期三12偏振片偏振片-大分子物大分子物质 对振振动方向反映出吸收系数不同方
8、向反映出吸收系数不同偏偏振振化化方方向向自自然然光光振振线线偏偏光光偏振片偏振片2021/8/11 星期三13形象说明偏形象说明偏振片的原理振片的原理通光方向通光方向腰横别扁担进不了城门腰横别扁担进不了城门2021/8/11 星期三144.4.检偏偏用偏振器件分析、用偏振器件分析、检验光束的偏振状光束的偏振状态称称“检偏偏”。偏振片既可偏振片既可“起偏起偏”又可又可“检偏偏”。设入射光可能是自然光、入射光可能是自然光、线偏振光偏振光或部分偏振光，如何用偏振片来区分它或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？以光以光线为轴转动P:P:I I 不不变？I I 变，有消光，有消光？I I 变，无消光，无
9、消光？自然光自然光线偏振光偏振光部分偏振光部分偏振光I?P待待检光光2021/8/11 星期三15起偏器起偏器检偏器偏器一般情况下一般情况下I=？2021/8/11 星期三16P I0IPE0 E=E0cos马吕斯定律马吕斯定律(1809)(1809)消光三三三三.马吕马吕斯定律斯定律斯定律斯定律线偏振光偏振光经过偏振片前后的光偏振片前后的光强关系关系2021/8/11 星期三17 例例题 1 1 用用两两偏偏振振片片平平行行放放置置作作为起起偏偏器器和和检偏偏器器。在在它它们的的偏偏振振化化方方向向成成300300角角时，观测一一光光源源，又又在在成成600600角角时，观察察同同一一位位置
10、置处的的另另一一光光源源，两两次次所所得得的的强度度相相等等。求求两两光光源源照照到到起偏器上光起偏器上光强之比。之比。解解:令令I1I1和和I2I2分分别为两光源照到起偏器上的光两光源照到起偏器上的光强。透。透过起偏起偏器后，光的器后，光的强度分度分别为I1/2I1/2和和I2/2I2/2。按照。按照马吕斯定律，透斯定律，透过检偏器后光的偏器后光的强度度为所以所以但按但按题意意即即2021/8/11 星期三18光光强为I0的自然光相的自然光相继通通过偏振片偏振片P1、P2、P3后光后光强为I0/8，已知，已知P1P3，问：P1、P2间夹角角为何？何？解解:分析分析P1P2P3I0I3=I0/
11、8P3P1P2I1I2例例题22021/8/11 星期三19书P309页，例，例5.1将两将两块理想的偏振片理想的偏振片P1和和P2共共轴放置如放置如图所示，然后将所示，然后将强度度为I1的自然光和的自然光和强度度为I2的的线偏振光同偏振光同时垂直入射到垂直入射到P1上，从上，从P1透射后又入射到偏振片透射后又入射到偏振片P2上，上，试问：（1）P1不不动，将，将P2以光以光线为轴转动一周，从系一周，从系统透射出来透射出来的光的光强将如何将如何变化？化？（2）欲使从系）欲使从系统透射出来的光透射出来的光强最大，最大，应如何放置如何放置P1和和P2？P2自然光自然光I1线偏振光偏振光I2P1 透
12、振方向透振方向2021/8/11 星期三20解：解：已知自然光已知自然光强I1，线偏振光光偏振光光强I2，设线偏振光振偏振光振动方向方向与与P1透振方向透振方向夹角角为则，经P1后透射光后透射光强为经P2后透射光后透射光强为（1）将）将P2转动一周，可得一周，可得时，光，光强最大最大时，光，光强最小最小（2）由（由（1）中）中讨论可知，可知，当当=0，180且且=0时，系，系统光光强最大。最大。先固定先固定P1，转动P2使透射光使透射光强达到最大；达到最大；然后同步然后同步转动P1和和P2，使透射光，使透射光强达到最大即可。达到最大即可。2021/8/11 星期三21书P.312例例5.2通通
13、过偏振片偏振片观察一束部分偏振光。当偏振片由察一束部分偏振光。当偏振片由对应透射光透射光强最最大位置大位置转过60时，其光，其光强减减为一半。一半。试求求这束部分偏振光的束部分偏振光的强度之比和光束的偏振度。度之比和光束的偏振度。解：解：设部分偏振光分部分偏振光分为自然光自然光强为In和和强度度为Ip的的线偏振光的叠加。偏振光的叠加。经偏振片偏振片P后透射光后透射光强最大最大为(=0)P Ip偏振片偏振片转动60(=60)后透射光后透射光强为由由题意，意，即即整理得整理得偏振度偏振度2021/8/11 星期三22布儒斯特角布儒斯特角反射光反射光垂直入射面振垂直入射面振动的成分多。的成分多。折射
14、光折射光？部部分分偏偏振振光光偏振光偏振光四四.反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振2021/8/11 星期三23布儒斯特定律布儒斯特定律互余互余空气空气玻璃玻璃玻璃玻璃空气空气 =-423350.100.1185600.150.11b1btanitani2021/8/11 星期三24平行玻璃板上表面平行玻璃板上表面反射光是偏振光反射光是偏振光.？注意：上表面的折射角注意：上表面的折射角等于下表面的入射角等于下表面的入射角通常玻璃的反射率只有通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反左右，要以反射射获得得较强的偏振光，你有什么好主意？的偏振光，你有什么好主意？下表面的反射光是下表面的反射光是否也
15、是偏振光？否也是偏振光？！=2021/8/11 星期三25玻璃片堆玻璃片堆要提高反射要提高反射线偏振光的偏振光的强度，度，可利用玻璃片堆的多次反射。可利用玻璃片堆的多次反射。i0 玻璃玻璃片堆片堆2021/8/11 星期三26例例题：画出下列：画出下列图中的反射光、折射光以及它中的反射光、折射光以及它们的偏振状的偏振状态。2021/8/11 星期三27应应用用用用举举例例例例制成偏光眼制成偏光眼镜，可，可观看立体看立体电影。影。若在所有汽若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与前窗玻璃和大灯前都装上与地面成地面成45角、且向同一方向角、且向同一方向倾斜的偏振片，斜的偏振片，可以避免汽可以避免汽车会
16、会车时灯光的晃眼。灯光的晃眼。测量不透明介量不透明介质的折射率？的折射率？2021/8/11 星期三28在拍在拍摄玻璃窗内的物体玻璃窗内的物体时，去掉反射光的干，去掉反射光的干扰未装偏振片未装偏振片装偏振片装偏振片2021/8/11 星期三29（C C）用偏光镜消除了反射偏用偏光镜消除了反射偏振光振光 使玻璃门内的人使玻璃门内的人物清晰可见物清晰可见（A A）玻璃门表面的玻璃门表面的反光很强反光很强（B B）用偏光镜减弱用偏光镜减弱了反射偏振光了反射偏振光2021/8/11 星期三30外外腔腔式式激激光光管管加加装装布布儒儒斯斯特特窗窗以以利利于于激激光光的的形形成成，激激光光输出出为线偏振光
17、偏振光.光来回反射光来回反射时，光，光强垂直分量反射垂直分量反射损耗太大不能形成激光，耗太大不能形成激光，这样，光，光强平行分量就更易形成激光平行分量就更易形成激光.i0i0激光激光输出出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0i02021/8/11 星期三311-2小小结一、光的偏振一、光的偏振态自然光、自然光、线偏振光、部分偏振光偏振光、部分偏振光二、二、线偏振光的偏振光的获得得偏振片法、反射和折射法、双折射法偏振片法、反射和折射法、双折射法三、基本物理定律（光三、基本物理定律（光强变化）化）1.布儒斯特定律布儒斯特定律:2.马吕斯定律斯定律:四、偏振光的四、偏振光的应用用实例例立体立体电影、汽影
18、、汽车车灯、生物灯、生物视觉、激光器的、激光器的谐振腔、振腔、偏光偏光显微微镜等等等等2021/8/11 星期三32作作业:3-5作作业索末菲曾写信给他的学生海森堡，告诫他:“要勒奋地去做练习,只有这样，你才会发现，哪些你理解了,哪些你还没有理解.”3 52021/8/11 星期三333光通过单轴晶体时的双折射光通过单轴晶体时的双折射2.e光光(非常光非常光):不遵循折射定律不遵循折射定律.一一.双折射双折射现象象一束光入射在介一束光入射在介质中折射中折射为两束光（两束光（o光、光、e光）光）的的现象象.e o 双双折折射射现现象象 1.o光光(寻常光常光):遵循折射定律遵循折射定律.2021
19、/8/11 星期三34象象折射现折射现双双折射现折射现方解石晶体方解石晶体CaCO3纸面面双折射现象双折射现象2021/8/11 星期三35光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体 o光的像e光的像光的像当方解石晶体旋当方解石晶体旋转时o光的像不光的像不动，e光的像光的像围绕o光的像旋光的像旋转。2021/8/11 星期三36(如前如前图，入射角，入射角=0，但折射角，但折射角re 0)
20、且且e光折射光折射线也不一定在入射面内。也不一定在入射面内。自然光自然光n1noirore(各向异各向异性媒性媒质)o光光e光光双折射双折射1.寻常光常光(o光光)两束折射光中，两束折射光中，遵守折射定律的折射光，称遵守折射定律的折射光，称寻常光常光(正常光正常光)n1sini=nosinro2.非非寻常光常光(e光光)不遵守折射定律的折射光，称非不遵守折射定律的折射光，称非寻常光常光(非常光非常光)(sini/sinre)const2021/8/11 星期三37单轴晶体：方解石晶体：方解石,石英石英,红宝石等宝石等.双双轴晶体：云母晶体：云母,蓝宝石宝石,橄橄榄石等石等.1.光光轴:不不发生
21、双折射的任一直生双折射的任一直线.二二.光光轴与主截面与主截面ABCD 光轴光在晶体内沿光光在晶体内沿光轴传播播当光在晶体内沿当光在晶体内沿光光轴传播播时不不发生双折射生双折射光光轴是一个方向是一个方向注意：注意：光光轴在晶体内在晶体内e光光光光轴e光的光的主截面主截面o光光光光轴o光的光的主截面主截面主截面主截面2.主截面：主截面：（主平面：光（主平面：光轴+光光线）o光的主截面光的主截面由由o光的光的传播方向与光播方向与光轴组成；成；e光的主截面光的主截面由由e光的光的传播方向与光播方向与光轴组成。成。2021/8/11 星期三38此情形下，此情形下，o光的振光的振动方向方向e光的振光的振
22、动方向方向(我我们主要主要讨论这种情况种情况)3.偏振特点偏振特点(1)o光、e光都是线偏振光(2)o光的振动方向 o的主截面e光的振光的振动方向方向e的主截面的主截面(3)当光轴在入射面内(或说“入射面包含光轴”)的情况下，o光的主截面和 e光的主截面重合2021/8/11 星期三39三三.o光和光和e光的相光的相对光光强(1)自然入射到晶体上：自然入射到晶体上：自然光自然光n1noirore(各向异各向异性媒性媒质)o光光e光光双折射双折射垂直照射垂直照射Io=Ie(2)线偏振光入射到晶体上偏振光入射到晶体上时：晶体中：晶体中：光光轴方向方向xA yq q 为 e 光光传播方向与光播方向与
23、光轴的的夹角角.2021/8/11 星期三40光光轴方向方向xA yq q出射光（空气中）：出射光（空气中）：即：即：2021/8/11 星期三41例例题强度度为I的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到另一射到另一块完全相同的晶体上。两完全相同的晶体上。两块晶体主截面之晶体主截面之间的的夹角角为，试求当求当分分别等于等于300和和1800时，最后透射出来的光束，最后透射出来的光束的相的相对强度（不考度（不考虑反射、吸收的反射、吸收的损失）失）例：例：5.4P.321解：解：经第一第一块晶体后：晶体后：经第二第二块晶体后晶体后相相对强度度为z1z
24、2z1z22021/8/11 星期三42经第二第二块晶体后晶体后由于两由于两块晶体相同，两主截面晶体相同，两主截面夹角角为180，此，此时它它们光光轴方向关于表面法方向关于表面法线对称，称，则e光在第一光在第一块晶体中的晶体中的偏折方向与在第二偏折方向与在第二块晶体中的偏折方向相反，因而从晶体中的偏折方向相反，因而从第二第二块晶体出射的晶体出射的o光和光和e光光传播方向重合，成播方向重合，成为一束一束自然光。其自然光。其强度度为：z1z12021/8/11 星期三43振动方向不同的折射波具有不同的位相，也就具有不同的位相振动方向不同的折射波具有不同的位相，也就具有不同的位相传播速度（相速）。传
25、播速度（相速）。4光在晶体中的波面光在晶体中的波面1.双折射双折射现象的定性解象的定性解释:(1)构成晶体的原于、离子是各向异性的振子。构成晶体的原于、离子是各向异性的振子。三个方向上有不同的固有三个方向上有不同的固有频率率1、2和和3(2)光入射光入射时，粒子，粒子产生受迫振生受迫振动受迫振受迫振动发出的次波叠加形成晶体中的折射波出的次波叠加形成晶体中的折射波(3)当入射光中光矢量的振当入射光中光矢量的振动方向与某一个重合方向与某一个重合时，则受迫振受迫振动的位相与的位相与该方向的固有方向的固有频率有关，率有关，振振动频率与入射光率与入射光频率相同率相同2021/8/11 星期三44单轴晶体
26、晶体1为平行于晶体的光轴方向的固有振动频率为平行于晶体的光轴方向的固有振动频率 2 2为垂直于光垂直于光轴方向的固有方向的固有频率率O光CA1A2A3光光轴C为晶体中作受迫振晶体中作受迫振动的一个粒子的一个粒子o光在各光在各个个方向上的速方向上的速度都相同。度都相同。O光矢量波面光矢量波面为球面。球面。2o光的波面光的波面振振动方向方向o的主截面的主截面沿着任何方向沿着任何方向传播的光，都使得振子在播的光，都使得振子在垂直于光垂直于光轴的方向上振的方向上振动与固有与固有频率率为2有关有关因此在各个方向上有相同的速度因此在各个方向上有相同的速度 02021/8/11 星期三45使振子作受迫振使振
27、子作受迫振动的位相差与的位相差与1有关有关e光CA1A2A3e光波面光波面为旋旋转椭球面。球面。e光光传播方向不一定垂直于波面播方向不一定垂直于波面3e光的波面光的波面e光的振光的振动方向方向e的主截面的主截面对不同的不同的传播方向，播方向，光振光振动的方向与光的方向与光轴成不同的角度成不同的角度CA1方向的振方向的振动光光轴受迫振受迫振动和入射光的和入射光的电矢量矢量间的位相差与的位相差与2有关有关这个方向上这个方向上速度速度 oCA2方向的振方向的振动 光光轴这个方向上的这个方向上的速度速度 e振振动方向方向主截面的光是主截面的光是e光；光；e光在各个方向上的光速不同。光在各个方向上的光速
28、不同。2021/8/11 星期三46双折射的双折射的实质可表述可表述为：晶体中晶体中o、e两光具有不同的相速。两光具有不同的相速。o光波面光波面为球面球面e光波面光波面为旋旋转椭球面球面沿光沿光轴方向上，方向上，o光和光和e光的光矢量均在垂直于光光的光矢量均在垂直于光轴方向振方向振动o光和光和e光的相速相同光的相速相同不不发生双折射生双折射o、e光波面在光光波面在光轴方向相切方向相切2021/8/11 星期三47在光轴的方向上，在光轴的方向上，两种子波面相切两种子波面相切 子波源子波源 o t e t光光轴正正晶晶体体(oe)o t e t光光轴负晶体晶体(oe，(noo，(ne o晶体晶体i
29、votvetctABDeore光光轴r02021/8/11 星期三50(2)(2)过A A点作点作ABAB垂直垂直BD;BD;AB AB为入射光波面。入射光波面。(3)(3)求出求出B B到到D D的的时间 t,t,t=BD/Ct=BD/C 入射面与主截面重会，入射面与主截面重会，则o o光和光和e e光在主截面内。光在主截面内。(4)(4)确定确定O O光折射光折射线方向：方向：0 0光服从折射定律光服从折射定律以以A A为圆心心，o o t t为半半径径作作半半圆，过D D 向向半半圆到到切切线交交于于O(O(切点切点)，连接接AO AO 即即为o o光方向光方向惠更斯作惠更斯作图法基本步
30、法基本步骤(1)平行光入射界面上平行光入射界面上A、D两点；两点；晶体晶体ictABDeore光光轴r02021/8/11 星期三51(5)(5)确定确定e e光折射光折射线方向：方向：e e光光与与o o光光 波波面面在在光光轴上上相相切切。对负晶晶体体,e,e光光 波波面面是是扁扁椭球，球，过D D 作作e e光光 波面切点波面切点E E，连接接AEAE，则为e e光折射光折射线。(6)(6)画出画出o o光和光和e e光的偏振光的偏振态：o o光与光与e e光与光光与光轴构成的主平面重合且构成的主平面重合且为纸平面，平面，则e e光光 电矢量振矢量振动方向在主平面内方向在主平面内o o光
31、光 电矢量振矢量振动方向垂直于主平面方向垂直于主平面晶体晶体ictABDeore光光轴r02021/8/11 星期三52 o、e传播方向相同 但速度不同，vo ve晶体晶体 光光轴oeoe2.光光轴垂直于晶体表面，正入射垂直于晶体表面，正入射 在晶体内光沿光轴传播 o、e速度相同速度相同无双折射无双折射 e=o光光轴晶体晶体自然光自然光3.光光轴界面且垂直于入射界面且垂直于入射面面自然光正入射自然光正入射有双折射有双折射2021/8/11 星期三53o、e传播方向相同播方向相同但速度不同但速度不同惠更斯作惠更斯作图法法eoeo光光轴晶体晶体4.光光轴界面且位于入射面界面且位于入射面内内自然光正
32、入射自然光正入射有双折射有双折射3,43,43,43,4情况，即情况，即情况，即情况，即:o:o:o:o、e e e e光重合光重合光重合光重合,但有光程差但有光程差但有光程差但有光程差 波晶片原理波晶片原理波晶片原理波晶片原理 2021/8/11 星期三54二、二、单轴晶体的主折射率晶体的主折射率此特殊情况此特殊情况 (光光轴 入射面入射面)下，下，e e光形式上光形式上 满足折射定律，足折射定律，例：光例：光轴界面，且垂直入射面，界面，且垂直入射面，自然光斜入射自然光斜入射注意：此注意：此图中中为e振振动，|为o振振动惠更斯作惠更斯作图法法(例例)晶体晶体 光光轴i1i2oi2eovotv
33、eteoectn1 sin i1=no sin i2o n1 sin i1=ne sin i2e o光主折射率光主折射率e光主折射率光主折射率2021/8/11 星期三55对吗？例例题 用方解石切割成正三角形截面的棱镜，自然光以i 角入射，定性画出o光、e光的振动方向，传播方向。光光轴 解：方解石负晶体垂直 光轴方向v evoo光光e光光ie光光o光光 o光、光、e光只光只在晶体内部在晶体内部才有意才有意义！只有在晶体内部才有意义2021/8/11 星期三566偏振器件偏振器件偏振器（起、检、偏器）偏振器（起、检、偏器）偏振器（起、检、偏器）偏振器（起、检、偏器）玻璃片堆，玻璃片堆，偏振棱偏振
34、棱镜.一一一一.尼科尔棱镜（尼科尔棱镜（尼科尔棱镜（尼科尔棱镜（1828182818281828）由两由两块特殊要求加工的直角特殊要求加工的直角方解石用加拿大方解石用加拿大树胶粘合而胶粘合而成。成。二向色性偏振片（人造偏振片），二向色性偏振片（人造偏振片），玻璃片，玻璃片，2021/8/11 星期三57ACNM偏振光产生过程偏振光产生过程 ACNMeeo对Na光：光：no=1.658,ne=1.486,n胶胶=1.5502021/8/11 星期三58可以用作起偏器与检偏器可以用作起偏器与检偏器.Ie=（1/2）I 是入射光矢量振动方向与棱镜主截面之间的夹角是入射光矢量振动方向与棱镜主截面之间的
35、夹角Ie=Icos2入射光光入射光光强为I2021/8/11 星期三59前一半二、沃拉斯二、沃拉斯顿棱棱镜（偏光分束（偏光分束镜）ZZ方解石方解石noneo光光e光光e光光后一半o光光注意：光在两块方解注意：光在两块方解石石中都是垂直光中都是垂直光轴传播。轴传播。折射角小于入射角折射角小于入射角折射角大于入射角折射角大于入射角由两个方解石直角棱由两个方解石直角棱镜粘合而成粘合而成2021/8/11 星期三60ZZ请你练习请你练习 画出自然光垂直通过洛匈棱镜（方解石磨制）o光、e光的传播方向，振动方向！o光光e光光o光光e光光A A中的中的o o光变为光变为B B中的中的e e光：远法线折射光：
36、远法线折射A A中的中的e e光与光与B B中的中的o o光折射率相等方向不变光折射率相等方向不变.洛匈棱镜：洛匈棱镜：可用于强激光情况可用于强激光情况.2021/8/11 星期三61光光轴与晶体表面平行的与晶体表面平行的单轴晶体晶体o o光和光和e e光可以沿同一方向光可以沿同一方向传播，播，这样的晶体叫做波片的晶体叫做波片 想想，属于我想想，属于我们前面前面讲的哪种情况？的哪种情况？晶体晶体 光光轴oeoeeoeo光光轴晶体晶体三三.波（晶）片波（晶）片 1.什么是波片什么是波片2021/8/11 星期三622.光在波片中的光在波片中的传播播结构：是光构：是光轴平行表面的平行表面的晶体薄片
37、。晶体薄片。厚度厚度为d，do光：光：Eo=Aocos(t-z/vo)其中：其中：Ao=AsinAe=Acose光：光：Ee=Aecos(t-z/ve)晶体中：晶体中：晶体中晶体中e e、o o光的相位差：光的相位差：2021/8/11 星期三63dnodo光在波片中的光程光在波片中的光程nede光在波片中的光程光在波片中的光程光程差：光程差：=(no-ne)d出射晶体后：出射晶体后：(晶体厚度为晶体厚度为d）其中：其中：2021/8/11 星期三64从晶片出射的是两束从晶片出射的是两束 传播方向相同、播方向相同、振振动方向相互垂直、方向相互垂直、振幅分振幅分别为AoAo和和AeAe的、的、相
38、位差相位差为的的 线偏振光。偏振光。AAoAe光光轴P晶片晶片对光的分解光的分解自然光入射晶片：自然光入射晶片：o光、光、e光光光光强比比1，无固定相位差，无固定相位差线偏振光正入射晶片偏振光正入射晶片:o、e光振幅关系：光振幅关系：A0=AsinAe=Acos2021/8/11 星期三653.定义：定义：1/4波片：波片：半波片：半波片：AAoAeAo 2 与光与光轴夹角角为的的线偏振光偏振光经过半波片后，出射光偏半波片后，出射光偏转2仍仍为线偏振光偏振光!全波片：全波片：2021/8/11 星期三66 作业：6 11 作作业逆水行舟用力撑，一篙松劲退千寻；古云“此日足可惜”，吾辈更应惜秒阴
39、。董比武 6 11 6 11 2021/8/11 星期三677椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光圆偏振光偏振光电矢量大小不矢量大小不变，末端在波面内，末端在波面内描描绘出一个出一个圆。一、圆偏振光和椭圆偏振光的描述一、圆偏振光和椭圆偏振光的描述1.定定义ExEyEw wyxO某某时刻左旋刻左旋圆偏振光偏振光E随随z的的变化化0yyxz传播方向播方向/2xE2021/8/11 星期三68椭圆偏振光偏振光电矢量大小改矢量大小改变，末端在波面内，末端在波面内描描绘出一个出一个椭圆。迎着光迎着光线方向看，方向看，顺时针右旋右旋逆逆时针左旋左旋 左旋左旋圆偏振光偏振光0yyxz传播方向播方向/2x
40、E2021/8/11 星期三692.描述描述椭圆偏振光可通偏振光可通过两列两列频率相同，振率相同，振动方向相互垂直，方向相互垂直，沿同一方向沿同一方向传播的播的线偏振光叠加得到。偏振光叠加得到。端点端点轨迹方程：迹方程：y 振振动超超前前x 振振动 椭圆椭圆 2021/8/11 星期三70=0讨论线偏振光偏振光光矢量位于光矢量位于、象限象限 =线偏振光偏振光光矢量位于光矢量位于、象限象限 2021/8/11 星期三71=/20，右旋右旋ne）随后在一理想的金属反射）随后在一理想的金属反射镜DD的表面上垂直反射。若的表面上垂直反射。若N的主截面与的主截面与C的晶的晶轴之之间的的夹角角为45o。求
41、：。求：（1）从）从1/4波片射出的光的偏振波片射出的光的偏振态，写出其偏振，写出其偏振态的数学表达式；的数学表达式；（2）这束光束光经DD反射回来的光的偏振反射回来的光的偏振态，写出其偏振，写出其偏振态的数学的数学表达式；表达式；（3）这束光再束光再经过C与与N后其后其强度是多少？度是多少？2021/8/11 星期三109练习题练习题9如下如下图所示的装置中，所示的装置中，P1，P2为两个正交偏振片。两个正交偏振片。C为四分之一四分之一波片，其光波片，其光轴与与P1的偏振化方向的偏振化方向间的的夹角角为60o。光光强为In的的单色自然光垂直入射于色自然光垂直入射于P1。（1）试说明明A,B,
42、C各区光的偏振状各区光的偏振状态；（2）计算各区的光算各区的光强。2021/8/11 星期三110练习题10如如图所示，平面波以入射角所示，平面波以入射角i1=60射到一射到一单轴负晶体的表面上，晶晶体的表面上，晶体的光体的光轴垂直于入射面，晶体的两个主折射率垂直于入射面，晶体的两个主折射率no=1.66，ne=1.45，试求晶体中求晶体中寻常光常光线和非常光和非常光线的折射角，并用惠更斯作的折射角，并用惠更斯作图法法求求o,e光的出射方向，并光的出射方向，并标出振出振动方向。方向。2021/8/11 星期三111练习题11两个透振方向正交放置的偏振片，以光两个透振方向正交放置的偏振片，以光强
43、为I0的自然光照射。如的自然光照射。如在在P1、P2间插入另一插入另一块偏振片偏振片P3，求（，求（1）若使透）若使透过的光的光强为I0/8，插入偏振片，插入偏振片P3的方位角；（的方位角；（2）P3能否找到合适的方位，使透能否找到合适的方位，使透过的光的光强为I0/2？为什么？（什么？（3）若在）若在P1和和P2之之间插入一插入一块1/4波波片，其光片，其光轴与偏振片与偏振片P1的透振方向成的透振方向成30角，出射光的角，出射光的强度度为多少多少？2021/8/11 星期三112练习题12在在杨氏双氏双缝干涉干涉实验装置中，双装置中，双缝S1、S2后无偏振片后无偏振片时，观察屏察屏上的最大光上的最大光强为I0，干涉条，干涉条纹的可的可见度度为1。在双。在双缝后，分后，分别插入插入理想偏振片理想偏振片P1、P2后，后，试求：（求：（1）观察屏上的最大光察屏上的最大光强；（；（2）干涉条干涉条纹的可的可见度。度。2021/8/11 星期三1132021/8/11 星期三1142021/8/11 星期三1152021/8/11 星期三1162021/8/11 星期三1172021/8/11 星期三1182021/8/11 星期三1192021/8/11 星期三1202021/8/11 星期三1212021/8/11 星期三1222021/8/11 星期三123