第十四章第二课精选PPT.ppt

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1、第十四章第二课第1页，此课件共41页哦三、马吕斯定律三、马吕斯定律 I0IPP E0 E=E0cos 马吕斯定律马吕斯定律（1809）消光消光自然光自然光I0线偏振光线偏振光 IP 偏振化方向偏振化方向（通光方向）（通光方向）第2页，此课件共41页哦四、部分偏振光四、部分偏振光表示法：表示法：自然光和完全偏振光的混合，就构成了自然光和完全偏振光的混合，就构成了部分部分部分偏振光可看成是自然光和线偏振部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合，光的混合，偏振光。偏振光。分解分解不相干不相干平平行行板板面面的的光振动较强光振动较强 垂垂直直板板面面的的光振动较强光振动较强就是这种部分偏振光，就是这种

2、部分偏振光，天空中的散射光和水面的反射光天空中的散射光和水面的反射光它可以分解如下：它可以分解如下：第3页，此课件共41页哦五、反射和折射时光的偏振五、反射和折射时光的偏振自然光反射和折射后成为部分偏振光自然光反射和折射后成为部分偏振光n1n2i irS 分量分量P 分量分量反射光反射光垂直入射面的分量垂直入射面的分量（S）比例大，比例大，折射光折射光平行入射面的分量平行入射面的分量（P）比例大，比例大，入射角入射角i 变变反射、折射光的偏振度也变。反射、折射光的偏振度也变。第4页，此课件共41页哦第5页，此课件共41页哦i=i0 时，反射时，反射光只有光只有S分量：分量：i0 布儒斯特角布儒

3、斯特角或或 起偏角起偏角i0+r0=90 由由 得布儒斯特定律得布儒斯特定律n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光S第6页，此课件共41页哦例：外腔式激光管加布儒斯特窗减少反射损失例：外腔式激光管加布儒斯特窗减少反射损失则：则：若若 n1=1.00（空气），（空气），n2=1.50（玻璃），（玻璃），i0 i0i0激光输出激光输出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0 垂垂直直分分量量损损耗耗大大，不不能能形形成成激激光光，但但平平行行分分量能形成激光。量能形成激光。互余互余 空气空气玻璃玻璃=-73350.100.1tg 10i 玻璃玻璃空气空气=-35600.150.1tg 10i第7页，此课件共

4、41页哦对布儒斯特定律的定性解释：对布儒斯特定律的定性解释：折折射射光光波波在在第第二二种种介介质质中中激激起起电电子子做做受受迫迫振振动动，振振动动方方向向沿沿光光矢矢量量方方向向。振振动动的的原原子子可可看看做做是是电电偶偶极极子子辐辐射射次次波波，这些次波传回第一种介质相干叠加形成反射波。这些次波传回第一种介质相干叠加形成反射波。n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光SP 当当以以布布儒儒斯斯特特角角入入射射时时，反反射射光光垂垂直直于于折折射射光光。在在入入射射点点处处，P分分量量的的振振动动方方向向正正好好沿沿着着反反射射光光线线的的方方向向，因因电电磁波是横波，所以反射光只有磁波是横

5、波，所以反射光只有S分量。分量。第8页，此课件共41页哦六、玻璃片堆起偏六、玻璃片堆起偏当当 时反射光是线偏振的，可用来起偏。时反射光是线偏振的，可用来起偏。但但单单次次反反射射的的反反射射光光强强太太低低（只只占占15），而而且且方方向向发发生生变变化化，使使用用不不方方便便。因因此此更更多多利利用用 时时的的折折射射光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。第9页，此课件共41页哦第10页，此课件共41页哦讨论下列光线的反射和折射（讨论下列光线的反射和折射（起偏角起偏角 ）.第11页，此课件共41页哦14.3 光的双折射光的双折射双折射会映射出双像

6、双折射会映射出双像第12页，此课件共41页哦i一、双折射的概念一、双折射的概念1、双折射：、双折射：n1n2rore(各向异各向异性介质性介质)自然光自然光o光光e光光2、寻常（、寻常（o）光和非寻常（）光和非寻常（e）光）光o光光：遵从折射定律遵从折射定律e光光：一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律e光折射线也光折射线也不一定不一定在入射面内。在入射面内。射到各向异性介质时，射到各向异性介质时，一束光入一束光入折射光分成两束的现象。折射光分成两束的现象。第13页，此课件共41页哦 方解石方解石oee o 以入射方向为以入射方向为轴旋转方解石轴旋转方解石方解石方解石偏偏振振片片双折射的两双折射

7、的两束光振动方束光振动方向相互垂直向相互垂直方解石的双折射方解石的双折射第14页，此课件共41页哦当方解石晶体旋转时，当方解石晶体旋转时，e光的像围绕光的像围绕 o 光的像旋转。光的像旋转。o 光的像不动，光的像不动，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光的像光的像e光的像光的像第15页，此课件共41页哦光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体继续旋转方解石晶体：继续旋转方解石晶体：第16页，此课件共41页哦光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体继续旋转方解石晶体：继续旋转方解石晶体：第17页，此课件共41页哦光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶

8、体晶体继续旋转方解石晶体：继续旋转方解石晶体：第18页，此课件共41页哦光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体继续旋转方解石晶体：继续旋转方解石晶体：第19页，此课件共41页哦3、晶体的光轴、晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发不发 例例如如，方方解解石石晶晶体体（冰冰洲洲石石）的的光光轴轴：由由钝钝顶角顶角引出的与三个邻边成等角的方向就是引出的与三个邻边成等角的方向就是光轴。光轴。光轴是一个特殊的光轴是一个特殊的方向，方向，单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体，只有一个光轴的晶体，如方解石。如方解石。双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶

9、体，如云毋。有两个光轴的晶体，如云毋。该该方向方向称为晶体的称为晶体的光轴。光轴。生双折射，生双折射，直线均为光轴。直线均为光轴。凡平行于此方向的凡平行于此方向的第20页，此课件共41页哦方解石的光轴方解石的光轴第21页，此课件共41页哦4、主截面与主平面、主截面与主平面晶体中晶体中光的传播方向光的传播方向与晶体与晶体光轴光轴构成的平面构成的平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面叫叫该束光该束光的的主平面。主平面。晶体晶体表面的法线表面的法线与与光轴光轴决定的平面，称为晶决定的平面，称为晶体的体的主截面主截面。第22页，此课件共41页哦晶体的各晶体的各向异

10、性：向异性：介电常数为介电常数为 x,y x=y z,CaCO3CaOCz光轴光轴光矢量垂直于光矢量垂直于光轴时，光轴时，光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，介电常数就不同，光的传播速度也就不同。介电常数就不同，光的传播速度也就不同。二、晶体的主折射率，正晶体、负晶体二、晶体的主折射率，正晶体、负晶体介电常数为介电常数为 z光矢量光矢量 平行于平行于光轴时，光轴时，第23页，此课件共41页哦o光：光：no，ne 称为称为晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体：正晶体：ne no负晶体：负晶体：ne novo tve t光轴光轴 点波源点波源点波源点波源vo t

11、ve t光轴光轴 e光：光：(ve vo)如：石英、冰如：石英、冰如：方解石、红宝石如：方解石、红宝石vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo t第24页，此课件共41页哦 ee三、单轴晶体中光传播的惠更斯作图法三、单轴晶体中光传播的惠更斯作图法 1、光轴平行晶体表面，自然光垂直入射、光轴平行晶体表面，自然光垂直入射光轴光轴晶晶体体 o、e方向上虽没分开，方向上虽没分开，下面以负晶体下面以负晶体(ve vo)为例，介绍该方法：为例，介绍该方法：oo但速度上是分开的，但速度上是分开的，这仍是双折射。这仍是双折射。以惠更斯原理为依据的惠更斯作图法，以惠更斯原理为依据的惠更斯作图法，是研究光在晶体中传播

12、的重要方法。是研究光在晶体中传播的重要方法。正正-长轴长轴负负-短轴短轴惠更斯：惠更斯：光波阵面上每一点都可以看作新的子波源，光波阵面上每一点都可以看作新的子波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面。面。1690年年第25页，此课件共41页哦o e2、光轴平行晶体表面，且垂直入射面，、光轴平行晶体表面，且垂直入射面，晶体晶体 光轴光轴reivotveto ect自然光斜入射自然光斜入射在这种特殊的情况下，对在这种特殊的情况下，对e 光也可以用光也可以用折射定律。折射定律。r0第26页，此课件共41页哦3、光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射

13、、光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射 e方解石方解石光光轴轴oooee晶体晶体光光轴轴这正是前面演示的情形。这正是前面演示的情形。第27页，此课件共41页哦14.4 椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光一、晶体起偏器件一、晶体起偏器件 1、晶体的二向色性、晶体偏振器、晶体的二向色性、晶体偏振器 某些晶体对某些晶体对o光和光和e光的吸收有很大差异，光的吸收有很大差异，例如，电气石对例如，电气石对o光有强烈吸收，光有强烈吸收，光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴对对e光光吸收很弱，吸收很弱，用它就可以产生线偏振光。用它就可以产生线偏振光。这叫晶体的这叫晶体的二向色性二向色性。第28页，此课件共4

14、1页哦2、偏振棱镜、偏振棱镜l偏光棱镜：偏光棱镜：偏振棱镜偏振棱镜可由自然光获得可由自然光获得高质量高质量的线偏振光，的线偏振光，可由自然光获得原方向的线偏振光可由自然光获得原方向的线偏振光它又可分为它又可分为偏光棱镜偏光棱镜和和偏光分束棱镜。偏光分束棱镜。玻璃吸收涂层吸收涂层 方解石方解石 Zo o 光几乎不改变方向；光几乎不改变方向；e e 光在方解石界面上全光在方解石界面上全反射后被吸收。反射后被吸收。可以由可以由计算出计算出e e 光的光的全反射临界角全反射临界角格兰格兰汤姆孙棱镜汤姆孙棱镜第29页，此课件共41页哦l偏光分束棱镜：偏光分束棱镜：可由自然光获得分开的两束线偏振光可由自然

15、光获得分开的两束线偏振光e12方解石方解石方解石方解石 oe光轴光轴光轴光轴沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜o 光光进进入入到到第第1块块方方解解石石后后，o光光和和e光光在在方向上没有分开。方向上没有分开。由于方解石由于方解石2和方解石和方解石1二者光轴垂直，当光进入到二者光轴垂直，当光进入到方解石方解石2时，时，o 光变成光变成e光光（none）：光密：光密光疏；光疏；而而e光变成光变成o 光：光疏光：光疏光密光密于是两光束在界面处发生折射而分开。于是两光束在界面处发生折射而分开。第30页，此课件共41页哦 一束线偏振光垂直射入一块方解石，入射前光矢量方向与晶体一束线偏振光垂直射入一块方解石，入射

16、前光矢量方向与晶体的主截面成的主截面成30o角，求：在方解石中角，求：在方解石中o光、光、e光的光强之比。光的光强之比。例题例题 解：垂直射入解：垂直射入主截面、主平面共面主截面、主平面共面 若入射光振幅若入射光振幅Ay dxAAoAe线偏振光线偏振光光轴光轴 d光轴光轴第31页，此课件共41页哦例题例题 用方解石切割成正三角形截面的棱镜，自然光以用方解石切割成正三角形截面的棱镜，自然光以i 角入角入射，定性画出射，定性画出o光、光、e光的振动方向，传播方向。光的振动方向，传播方向。解：方解石解：方解石负晶体负晶体垂直垂直 光轴方向光轴方向v e vo光轴光轴ie光光o光光 e光光o光光注注

17、意：意：o o光、光、e e光只在晶体内光只在晶体内部才有意义！部才有意义！第32页，此课件共41页哦第33页，此课件共41页哦二、变相差器二、变相差器 圆和椭圆偏振光的起偏圆和椭圆偏振光的起偏波片波片：光轴平行于光轴平行于表面的晶体薄片。表面的晶体薄片。y dxAAoAe线偏振光线偏振光光轴光轴 AAoAe 光轴光轴P椭圆椭圆(圆、线圆、线)偏振光偏振光d光轴光轴波片波片从晶片出射的从晶片出射的两束光由于出现相位差，两束光由于出现相位差，而合成为一束而合成为一束椭圆、圆或线偏振光。椭圆、圆或线偏振光。eeoo光轴光轴第34页，此课件共41页哦 在入射点，在入射点，o、e光的相位差为零或光的相

18、位差为零或，在出射点，在出射点晶片对晶片对o、e光产生的光产生的附加相位差：附加相位差：，出射光为椭圆，出射光为椭圆(圆圆)偏振光偏振光当当y dxAAoAe线偏振光线偏振光光轴光轴 椭圆（圆、线）偏振光椭圆（圆、线）偏振光d光轴光轴晶片晶片，出射光仍为线偏振光，出射光仍为线偏振光当当第35页，此课件共41页哦 1、四分之一波、四分之一波(晶晶)片片线偏振光线偏振光圆偏振光圆偏振光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光可从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反或相反）厚度满足厚度满足线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光y dxAAoAe线偏振光线偏振光光轴光轴 AAoAe

19、光轴光轴P椭圆椭圆(圆、线圆、线)偏振光偏振光d光轴光轴晶片晶片第36页，此课件共41页哦2、二分之一波片、二分之一波片可使线偏振光振动面转过可使线偏振光振动面转过2 角度角度3、全波片、全波片 注意：注意：波片是对某个确定波长波片是对某个确定波长 而言的而言的 A出出光轴光轴 A入入AoAe第37页，此课件共41页哦三、椭圆与圆偏振光的检偏三、椭圆与圆偏振光的检偏【思考】【思考】如何用四分之一波片和偏振片区分如何用四分之一波片和偏振片区分部分偏振光部分偏振光和和椭圆偏振光椭圆偏振光自然光自然光和和圆偏振光圆偏振光第38页，此课件共41页哦 四四分分之之一一波波片片圆偏振光圆偏振光自然光自然光

20、自然光自然光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片（转转动动）线偏振光线偏振光 I不变不变线偏振光线偏振光I 变，有消光变，有消光以入射光方向为轴以入射光方向为轴 四四分分之之一一波波片片椭圆偏振光椭圆偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片（转转动动）线偏振光线偏振光I 变，有消光变，有消光 部分部分偏振光偏振光 光轴平行最大光强或最小光强方向放置光轴平行最大光强或最小光强方向放置线偏振光线偏振光I变变,无消光无消光或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置第39页，此课件共41页哦l如如何何区区分分由由自自然然光光和和椭椭圆圆偏偏振振光光组组成成的的 部部分分偏偏振振光光，与与由由自自然然光光和和线线偏偏振振光光组组成成 的的部分偏振光？部分偏振光？【思考】【思考】l如如何何区区分分由由自自然然光光和和圆圆偏偏振振光光组组成成的的部部分分 偏偏振光，与自然光？振光，与自然光？第40页，此课件共41页哦巴比涅补偿器巴比涅补偿器d1d2光束垂光束垂直入射直入射光轴光轴上楔中上楔中 o o光光 e e光光下楔中下楔中 e e光光 o o光光附加相位差附加相位差光程差光程差索列尔补偿器索列尔补偿器偏振光的干涉偏振光的干涉自自 学学第41页，此课件共41页哦