第三章光的偏振 优秀PPT.ppt

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1、第三章 光的偏振 现在学习的是第1页，共38页一一.非偏振光非偏振光(自然光自然光)没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解自然光的表示法：自然光的表示法：1 1 光的偏振状态光的偏振状态在垂直于其传播方向的平面内在垂直于其传播方向的平面内每一个光矢量每一个光矢量都可以分解为都可以分解为x x、y y 方向分量方向分量注意：以上两相互垂直的分振动无固定相位关系注意：以上两相互垂直的分振动无固定相位关系现在学习的是第2页，共38页1 1、线偏振光、线偏振光E播播传传方方向向振振动动面面线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面垂直光的传播

2、方向垂直光的传播方向的平面内的平面内二二.完全偏振光完全偏振光EEyEx yx 现在学习的是第3页，共38页右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光2.2.圆偏振光圆偏振光,椭圆偏振光椭圆偏振光三三.部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光某某一一方方向向振振动动强于其他方向强于其他方向部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行纸面的光振动较强平行纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强 部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光可看成是自然光和线偏部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合振光的混合现在学习的是第4页，共38页2 2 线偏振光的获得与检验线偏振光的

3、获得与检验一一起偏起偏 起偏：起偏：从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光 起偏器起偏器:起偏的光学器件起偏的光学器件自然光自然光I0线偏振光线偏振光 IP偏振化方向偏振化方向(透振方向透振方向)偏振片的起偏偏振片的起偏:现在学习的是第5页，共38页形象说明偏振形象说明偏振片的原理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现在学习的是第6页，共38页二二.马吕斯定律马吕斯定律(线偏振光入射偏振片线偏振光入射偏振片)I0IPP E0 E=E0cos 马吕斯定律马吕斯定律（18091809）消光消光三三.检偏检偏用偏振器件用偏振器件分析、检验分析、检验光的偏振态光的偏振态旋转一

4、周旋转一周2 2明明2 2暗暗自然光自然光部分偏振光部分偏振光?现在学习的是第7页，共38页例例1.三三个个偏偏振振片片 P1、P2与与P3 堆堆叠叠在在一一起起，P1 与与 P3 的的偏偏振振化化方方向向相相互互垂垂直直，P2 与与 P1 的的偏偏振振化化方方向向间间的的夹夹角角为为 3030 。强强度度为为 I0 的的自自然然光光垂垂直直入入射射到到偏偏振振片片 P1，并并依依次次透透过过偏偏振振片片 P1、P2 与与 P3，若若不不考考虑虑偏偏振振片片的的吸吸收收和和反反射射，则则通通过三个偏振片后的光强为：过三个偏振片后的光强为：（A）（B）（C）（D）C现在学习的是第8页，共38页例

5、例2.2.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度恒定的角速度 w w绕光传播的方向顺时针旋转，绕光传播的方向顺时针旋转，如图所示。设入射自然光的光强为如图所示。设入射自然光的光强为I I。通过这一。通过这一系统后，出射光的光强为何？系统后，出射光的光强为何？现在学习的是第9页，共38页现在学习的是第10页，共38页例例3.3.一一束束光光是是自自然然光光和和线线偏偏振振光光的的混混合合光光，

6、让让它它们们垂垂直直通通过过一一偏偏振振片片，若若以以此此入入射射光光束束为为轴轴旋旋转转偏偏振振片片，测测得得透透射射光光强强度度最最大大值值是是最最小小值值的的 55倍倍，那那么么入入射射光光束束中中自自然然光光与与线线偏偏振振光光的的光光强强比比值为：值为：A (A)1/2;(B)1/5;(C)1/3;(D)2/3.现在学习的是第11页，共38页3 3 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振一一.反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振i0 0:起起偏偏角角或或布布儒斯角儒斯角i0+r0=90O 布儒斯特定律布儒斯特定律n1n2i ir自然光反射和折射自然光反射和折射后产生部分偏振光后产生

7、部分偏振光n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光起偏振角起偏振角现在学习的是第12页，共38页若若 n n1 1 =1.00(=1.00(空气空气)，n n2 2=1.50(=1.50(玻璃玻璃)，则：，则：二二.玻璃片堆起偏玻璃片堆起偏i0 玻璃片堆玻璃片堆(线偏振光线偏振光)(接近线偏振光接近线偏振光)互余互余现在学习的是第13页，共38页例例.如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上，已如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上，已知其上表面的反射光线知其上表面的反射光线1 1为完全偏振光。设玻璃板为完全偏振光。设玻璃板两侧都是空气，标明各反射、折射光线的偏振情两侧都是空气，标明各反射、折射光线的偏

8、振情况。况。nn0n012现在学习的是第14页，共38页例例.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态请将下列各图中反射光及折射光的偏振态画出来。图中画出来。图中i i0 0=tg=tg-1 1 n n2 2n n1 1 ii ii0 0 现在学习的是第15页，共38页 典典例例将将一一介介质质平平板板放放在在水水中中，板板面面与与水水平平面面的的夹夹角角为为如如图图所所示示，已已知知折折射射率率n n水水=1.3331.333，n n介介 质质=1.6811.681，现现欲欲使使水水面面和和介介质质面面反反射射光光均均为为线线偏偏振振光光，求求=?现在学习的是第16页，共38页偏振片的应用偏振片

9、的应用v眼镜眼镜、车灯、偏光镜头、车灯、偏光镜头、立体电影立体电影声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振片声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振片制作消音装置？为什么？制作消音装置？为什么？现在学习的是第17页，共38页例：立体电影例：立体电影现在学习的是第18页，共38页(1)(1)如何测量不透明介质的折射率？如何测量不透明介质的折射率？思考：思考：(2)(2)在拍摄玻璃窗内的物体时，如何在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去掉反射光的干扰？去掉反射光的干扰？拍摄橱窗时拍摄橱窗时 未加偏振片未加偏振片 拍摄橱窗时拍摄橱窗时 已加偏振片已加偏振片 现在学习的是第19页，共38页 拍摄玻璃窗内的

10、物体时，用偏振片去拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片去掉反射光的干扰掉反射光的干扰 现在学习的是第20页，共38页1.1.自然光以自然光以 60 60 的入射角照射到某一透明介质表面的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知：时，反射光为线偏振光，则知：B （A A）折射光为线偏振光）折射光为线偏振光 30 30 ；（B B）折射光为部分偏振光，折射角为）折射光为部分偏振光，折射角为30 30 ；（C C）折射光为线偏振光，折射角不能确定；）折射光为线偏振光，折射角不能确定；（D D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；现在学习的是第21页，共3

11、8页2.2.一束自然光自空气射向一一束自然光自空气射向一块平板玻璃块平板玻璃(如图如图)，设入射，设入射角等于布儒斯特角角等于布儒斯特角i i0 0，则在，则在界面界面 2 2 的反射光的反射光 B （A A）光强为零；）光强为零；（B B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；射面；（C C）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；面；（D D）是部分偏振光。）是部分偏振光。现在学习的是第22页，共38页3.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线

12、透过。当其中一偏振片慢慢转动时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动180 时透射光强度发生的变化为时透射光强度发生的变化为:B （A A）光强单调增加；）光强单调增加；（B B）光强先增加，后又减小至零；）光强先增加，后又减小至零；（C C）光强先增加，后减小，再增加；）光强先增加，后减小，再增加；（D D）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。现在学习的是第23页，共38页4.4.一束光强为一束光强为 I I0 0 的自然光垂直穿过两个偏振的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成片，且此两偏振片的偏振化方向成 45 45 角，若角，若

13、不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强为：片后的光强为：B （A）（B）（C）（D）现在学习的是第24页，共38页5.5.使一光强为使一光强为I I0 0的线偏振光先后通过两个偏振片的线偏振光先后通过两个偏振片P P1 1和和P P2 2.P.P1 1和和P P2 2的偏振化方向与原入射光光矢量振的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是动方向的夹角分别是a a 和和9090 则通过这两个偏振片则通过这两个偏振片后的光强后的光强I I是是:C (B)0.(A)(C)(D)(E)现在学习的是第25页，共38页6.如图，如图，P1、P2为偏

14、振化方向间夹角为为偏振化方向间夹角为a a的两个偏振片。的两个偏振片。光强为光强为I0的平行自然光垂直入射到的平行自然光垂直入射到P1表面上，则通过表面上，则通过P2的光强的光强I=。若在若在P1、P2之间插入第三个偏振片之间插入第三个偏振片P3，则通过，则通过P2的光的光强发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转强发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转P2，使，使其偏振化方向旋转一角度其偏振化方向旋转一角度q q后，发生消光现象，从而可后，发生消光现象，从而可以推算出的以推算出的P3偏振化方向与偏振化方向与P1的偏振化方向之间的夹的偏振化方向之间的夹角角a a=。（假设题中所涉及的角均为锐角，。（

15、假设题中所涉及的角均为锐角，且设且设a a a a）II0P1P3P2现在学习的是第26页，共38页7.7.自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是反射光是（A A）在入射面内振动的完全偏振光。）在入射面内振动的完全偏振光。（B B）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。（C C）垂直于入射面振动的完全偏振光。）垂直于入射面振动的完全偏振光。（D D）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光.C 现在学习的是第27页，共38页8.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三

16、有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度片以恒定的角速度 w 绕光传播的方向旋转，绕光传播的方向旋转，如图所示。设入射自然光的光强为。试证明：如图所示。设入射自然光的光强为。试证明：此自然光通过这一系统后，出射光的光强为此自然光通过这一系统后，出射光的光强为现在学习的是第28页，共38页外腔式激光管外腔式激光管加装加装布儒斯特窗，布儒斯特窗，可使可使 出射光为线偏振光出射光为线偏振光 外腔式激光器的布儒斯特窗外腔式激光器的布儒斯特窗

17、 i0i0激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0i0现在学习的是第29页，共38页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纸面纸面 双折射现象双折射现象现在学习的是第30页，共38页4 4 光在晶体中的双折射（光在晶体中的双折射（了解了解）方解石方解石oee o一一.双折射的概念双折射的概念1.1.双折射双折射n1n2irore(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o光光e光光2.2.寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光o o光光:遵从折射定律遵从折射定律e e光光:一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律e e光折射线一般不在入射面内。光折射线一般不在入射面内。o

18、o光和光和e e光光都是线偏振光都是线偏振光双折射的本质是双折射的本质是o光和光和e光的折射率不同，传播速度不同光的折射率不同，传播速度不同o o光在入光在入射面内射面内现在学习的是第31页，共38页光光光光双双折折射射纸面纸面令方解石晶体绕光线旋转令方解石晶体绕光线旋转现在学习的是第32页，共38页光光光光双双折折射射纸面纸面现在学习的是第33页，共38页光光光光双双折折射射纸面纸面现在学习的是第34页，共38页光光光光双双折折射射纸面纸面现在学习的是第35页，共38页3.3.晶体的光轴晶体的光轴当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时不不发发生生双双折射，折射，该方

19、向称为晶体的该方向称为晶体的光轴。光轴。例如，方解石晶体例如，方解石晶体(冰洲石冰洲石)AB光轴光轴102 光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向,凡凡平平行行于此方向的直线均为光轴于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体单轴晶体单轴晶体方解石，石英，红宝石方解石，石英，红宝石云母，硫磺，蓝宝石云母，硫磺，蓝宝石现在学习的是第36页，共38页vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo to光光:e光光:n00，ne称为晶体的主折射率称为晶体的主折射率 根据根据n00，ne的关系可分为正、负晶体的关系可分为正、负晶体4.4.光在单轴晶体内的波面光在单轴晶体内的波面 正晶体正晶体:ne no，如石英如石英负晶体负晶体:ne no，如方解石如方解石现在学习的是第37页，共38页5.5.单轴晶体的主平面单轴晶体的主平面主平面主平面：单轴晶体中光的传播方向与晶体光：单轴晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。轴构成的平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面振动方向振动方向主平面主平面振动方向振动方向主平面主平面只有光轴在入射面内时，只有光轴在入射面内时，o o、e e光的主平面以及入射面光的主平面以及入射面重合在一起重合在一起现在学习的是第38页，共38页