第17章光偏振1.ppt

大学物理学电子教案
物电学院教学课件
第十七章光的偏振
Chapter 17
Polarization of Light
光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性。
光的偏振现象证实了光的横波性。
这些都是对光的电磁理论的有力证明。根据麦克斯韦电磁理论,光是一种电磁波。在光与物质相互作用时,主要是横向振动着的电矢量E起作用,电矢量E的各种振动状态使光具有各种偏振态。本章主要讨论:
光的偏振态──光矢量在垂直于传播方向的平面内的各种振动状态。根据振动状态的不同,将光分为:自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。本节讨论各种偏振态的性质及其转化。
偏振光的产生与检验──利用光的反射和折射,以及某些晶体的双折射。
偏振光的应用──偏振光干涉,人为双折射和旋光现象。
重点是两个基本定律:马吕斯定理和布儒斯特定律。
引言
基本要求
1. 理解自然光和偏振光,掌握马吕斯定律及布儒斯特定律;
2. 了解双折射现象及偏振光的干涉现象;
了解椭圆偏振光和圆偏振光的产生机理及波片的作用,会用简单的方法区分自然光、线偏振光、部分偏振光等。
本章****题(共 7 题):
-17 – 1~5,7,8。
一、光的偏振态
1、横波和纵波的区别——偏振
纵波:振动方向与传播方向一致,不存在偏振问题;
横波:振动方向与传播方向垂直,存在偏振问题。
定义:振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振性。
说明:只有横波才具有偏振现象,偏振现象是横波区别于纵波的最明显的特征。
振动面:横波的传播方向与振动矢量构成的平面。
§17-1 自然光和线偏振光
振动面
2、光的偏振性
对于平面电磁波,电场强度矢量——光矢量的振动方向于传播方向垂直。
光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的,即光矢量的横向振动状态,相对于传播方向不具有对称性,这种光矢量的振动相对于传播方向的不对称性,称为光的偏振性。
光的偏振性说明光波是横波.
光的偏振态:光是一种横波,光的振动矢量(光矢量或电矢量)与光的传播方向垂直。在与光的传播方向垂直的二维平面里,光矢量可有各式各样的振动状态。
平面偏振光或线偏振光:光矢量的振动只限在包含传播方向的某一个确定的平面(偏振面)内。
自然光:无限多个振幅相等、振动方向任意、彼此之间没有固定相位关系的光振动的组合。
1、线偏振光
2、部分偏振光
光波中不同方向上的光振动振幅不等,在某一方向上振幅最大,而与之垂直的方向上的振幅最小,则称为部分偏振光。
特点:部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位差。
线偏振光的表示
部分偏振光的表示
振动面
u
在垂直于传播方向的平面内,光矢量只沿某一个固定方向振动,则称为线偏振光,又称为平面偏振光或完全线偏振光。
二、偏振态的分类
3、自然光
各个方向上光振动振幅相同的光,称为自然光。
•
•
•
•
•
•
特点:
在所有可能的方向上,光矢量沿各方向振动的概率均等,光矢量的振幅都相等;
自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个线偏振光,它们振幅相等,没有确定的相位关系,各占总光强一半。
自然光的表示方法:圆点与短线等距离地交错、均匀地画出。
...
x
y
椭圆偏振光
4、椭圆偏振光和圆偏振光
同一方向上传播的两列频率相同的线偏振光,如果它们的振动方向互相垂直,并具有固定的相位差,则对于不同的相位差,它们的合成光振动矢量末端的轨迹既可以是直线,也可以是椭圆或圆(振幅相等时)。
在迎光矢量图上,光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光;沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。
线偏振光
右旋圆
偏振光
[例] 具体分析右旋圆偏振光的物理图象。
[解] 在任一点z=z0处:对于沿z轴方向传播的右旋圆偏振光,可以分解为在x和y轴方向上的光振动,即
且有
则
y
x
z
( 1 )在任一点z=z0处,为简单起见令
z0=0,则
y
x
这表示迎着光传播方向看,在任意一点z=z0处,电矢量将随时间作顺时针旋转。
E
z
y
x
0
传播方向
E
某时刻右旋圆偏振光E
随z的变化
/2
( 2 ) 在某一时刻t=t0=0,电矢量沿z轴的分布为:
这种分布表示,电矢量的大小固定不变,其方向随z的增加而逆时针旋转,即在任意时刻电矢量的末端构成了一个螺旋线。
当我们迎着光观察时,随着时间的推移,宛如整个螺线按顺时针方向旋转着向我们而来,这就是右旋圆偏振光的物理图象。