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第5章 光的偏振 光学基础 课件 (第四版,姚启钧)
第5章 光的偏振
Chap.5 Polarization of Light
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► 电磁波是横波 ,电磁波是偏振 的。
► 光波是电磁波,光波也是横波, 光波是偏振的。观察到光波的偏振, 就说明光波的横波性。
► 光的五种偏振态 :自然光、部 分偏振光、线偏振光、圆偏振光、 椭圆偏振光。45.1.2、自然光与偏振光
=
sin i 10 cosi 10
= tani10)
即:全偏振角的正切等于相 对折射率 n2 n1 - 布儒
斯特定律
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5.2.3、透射光的偏振态
► 自然光以任意入射角入射时,折射后 从介质透射出来的光总是部分偏振光。
► 只是在以布儒斯特角入射时,电矢量 的平行分量是100%透过,这时透射光的偏 振度最高。
►讨论: ►① 在 i1
=
0 及 i1
=
90
o
时,有:A
p
1
A p1
=
A s1
A s1
又Q Ap1 = As1 (自然光的轴对称性)
\ A = A
p1
s1
即:反射光中电矢量的平行分量A 的值与 p1
垂直分量的值A 相等。反射光为自然光。
s1
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② 当自然光以其它任何角度(除0°、90°
外)入射时,有
I + I max
min
► ① if:I max = I min , then : p = 0 ,
反射光是自然光. — 非偏振光
► ② if :I min = 0 , then : p = 1,
反射光是线偏振光. — 偏振度最大的光,即
全偏振光
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► ⒋布儒斯特定律:
Q A p1 =tan ( i1 - i2) A p1 tan ( i1 + i2 )
当i1
+
i2
=
90o时,有
Ap1 A
=
0
,即Ap1
=
0.
p1
即:此时电矢量的平行分量完全不能反射,反射
光中只剩下垂直于入射面的分量,即反射光是
线偏振光。这个特殊的入射角称为全-偏振角布
儒斯特角,用
i
10
表示,
\
tan
i
10
=
n2 n1
(Qnn21
=ssiinnii210
= sinsi(9n0i1o-0i10)
cos( i 1
-
i) 2
=
cos( i 1
+
i) 2
sin( i1 + i2 ) cos( i1 - i2 )
sin( i + i )
1
2
sin( i1 - i2 )
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而:As1
=
-
sin(
i 1
-
i 2
)
A sin( i + i )
若不考虑其方向 ( 即“+、- ”号).
s1
1
2
\ Ap1 = As1 cos( i1 +i2 ) Ap1 As1 cos( i1 -i2 )
►利用菲涅耳公式给予,解释
Ap1,,As1
A(1) p2
,
A(1) s2
A(2) p2
,
A(2) s2
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由: A(1) p2
=
2sini2coi1s
,将
Ap1 sini1(+i2)cois1(-i2)
代入,得:
A(1) p2
=Ap1tani2
i1 =i10,i2 =π2-i10
同理:A p ( 2 2 )= A p ( 1 2 ) ti a 2 = A p n 1 ti a 2 ti a 1 n = 0 A n p 1 c i 1 t o 0 i a 1 = t 0 A n p 1
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线偏振光的电矢量:
E=E x+E y =(A x±A y)co(s wt -kz)
x
y
0x
0y
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►马吕斯定律:
► 偏振片的特点是只允许电振动沿透振 方向的光通过;自然光通过无吸收的理想 偏振片后其强度应减为原来的一半。
Q Ix = Iy =
I0 2
.
I0= Ix+ Iy
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► 如图:自然光通过偏振片 P1 后为振幅为A,方向平行于 P1的透 振方向的平面偏振光
►⒈ 反射光的偏振态
► 当一束自然光在两种介质界面上反 射和折射时,反射光和折射光的传播方 向由反射定律和折射定律决定,而其偏 振态则由电磁场的边界条件决定(菲涅 尔公式):
Q
A p1
=
tan(i 1
-i ) 2
=
sin( i 1
+i ) 2
A p1
tan(i1 + i2 )
cos( i1 + i2 )
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5.2 线偏振光与部分偏振光
5.2.1 、由二向色性产生的线偏振光
►二向色性: 是指有些晶体对不同方向振动的电矢量,
具有选择吸收的性质。如:电气石(晶体)、 聚乙烯醇片、硫酸碘奎宁晶体等。 ►偏振片:
只允许某一方向的电矢量的光通过,该方 向为偏振片的透振方向。
含有平行地排列起来的长链聚合物分子的 薄膜就是一偏振片。
自然光:具有在轴对称的各个方向上电矢 量的时间平均值是相等的这种特点的光称为自 然光。
它是由轴对称分布、无固定相位关系的大 量线偏振光集合而成的。即:它可以看作是两 个振幅相同、振动相互垂直的非相干的线偏振 光的叠加。
一般光源所发出的光,按统计理论,满足 上述要求,即一般光源所发出的光为自然光 。
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P1
A P2
q Aq
► 光继续传播,通过与P1的透振方向成 角的偏振片P2时,只有过与偏振片P2的透 振方向平行的、振幅为 Aq的平面偏振光才 能透过。有:Aq =Acoqs
► 线偏振光通过检偏器后透射光强随q
角变化的规律:Iq = I cos 2 q 其中 I = A 2
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5.2.2、反射光的偏振态
Ax = Axi Ay = Ayi
由统计平均有: Ax = Ay
由: I = A2 , I = A2
x
x
y
y
得:: I = A2 + A2 = I + I ,
0
x
y
x
y
I x
=
I y
=
I0 2
.
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线偏振光:光在传播过程中电矢量 的振动 只限于某一确定平面内(投影 为直线)。也叫平面偏振光。
振动面:电矢量和光的传播方向 所构成的平面。
cos(i1 + i2) < cos(i1 - i2 )
且:Q Ap1 = As1 , \ Ap1 < As1
即:反射光中电矢量的平行分量Ap1的值总 是小于垂直分量As1的值。 反射光为部分偏振光光
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► ⒉部分偏振 光的图示:
► ⒊偏振度P:P = Imax - Imin 偏振程度的量度.
► 讨论:
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►透振方向:偏振片上能透过电矢量振动的方向。 ►起偏器:能以某种方式选择自然光中的一束线偏
振光,而摈弃另一束线偏振光的光学器件。用来 产生平面偏振光的器件。 ►自然光经过起偏器后可以转变成线偏振光。 ►检偏器:能够将偏振光以特殊的光强形式显现。 用来检验平面偏振光的器件 ►偏振片既可以用作起偏器,也可以用作检偏器