11hx-29,30 第20章 光的偏振.ppt

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 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: 本章主要讨论: ??光的偏振态光的偏振态──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。用简单的方法获得与检验各种偏振态。?重点是两个基本定律:马吕斯定理和布儒斯特定律。引言了解自然光和偏振光的基本概念, 掌握马吕斯定律和布儒斯特定律, 掌握偏振光的产生和检验原理及相关应用****题 20-1、2、3、4、5、6 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一致,不存在偏振问题; ?横波:振动方向与传播方向垂直垂直,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。振动面振动面:横波的传播方向与振动矢量构成的平面。§ 光的偏振现象振动面振动面 2、光的偏振性对于平面电磁波,电场强度矢量——光矢量的振动方向与传播方向垂直。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。: 光是一种横波,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,称为光的偏振状态。五种偏振态: 自然光,线偏振光, 部分偏振光, 椭圆偏振光, 圆偏振光 HES ?????u 0H E 光矢量振动面 1、线偏振光线偏振光的表示偏振面u E 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偏振光。二、偏振态的分类 u· 迎着光的传播方向看 2、自然光(非偏振光): 普通光源通过自发辐射发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光。??????特点: ?在所有可能的振动方向上,光矢量的振幅都相等; 迎着光的传播方向看,其振动具有轴对称性?自然光可分解为两个振动方向相互垂直、没有确定的相位关系但取向任意的两个线偏振光,它们振幅相等,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。...u ?u ? x y yxIII??III yx2 1?????? 3、部分偏振光部分偏振光部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量都有,振动方向任意, 彼此无固定相位关系, 但振幅不对称,在某一方向振动较强,而与它垂直的方向上振动较弱。特点:两垂直方向光振动(振幅不等) 之间无固定的相位差。分解: 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干( 无固定的相位差无固定的相位差)的线偏振光。部分偏振光的表示部分偏振光部分偏振光的分解椭圆偏振光 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)。迎着光的传播方向上看, 光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光左旋偏振光;沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光右旋偏振光。 0?? 4??? 2???43?????? 45???23??? 47???线偏振光简谐运动的合成图两相互垂直同频率不同相位差????0顺???2??逆右旋圆偏振光[例] 具体分析右旋圆偏振光右旋圆偏振光的物理图象。[解] 在任一点 z=z 0 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),( cos zktAE xx???)( cos ?????zktAE yy, 0AAA yx??2 2 00????k xy??????且有),( cos 0 kztAE x???)2( cos 0????? kztAE y则 yxz ( 1 ) 在任一点 z=z 0处,为简单起见令 z 0 =0 ,则 yx4/???t2/???t 4/3???t ???t 这表示迎着光传播方向看,在任意一点 z=z 0 处,电矢量将随时间作顺时针旋转。 E ),( cos 0tAE x??)( sin 0tAE y???