光学课程电子教案(上师大)(第5章)

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1、上海师范大学《光学》教案第13次课（第5章）授课时间授课章节5.1自然光与偏振光任课教师胡志娟讲师5.2线偏振光与部分偏振光及职称5.3光通过单轴晶体时的双折射现象教学方法黑板加多媒体投影相结合课时安排3课时与手段使用教材和姚启钧原著，《光学教程》（第四版），高等教育出版社。2006主要参考书年教学目的与要求：掌握光的五种偏振态。了解由反射、折射和二向色性晶体所产生的偏振，掌握布儒斯特定律和马吕斯定律。掌握单轴晶体双折射的特点。掌握o光、e光、晶体的光轴、主截面等概念及o光、e光的偏振态和相对光强。教学重点，难点：教学重点：

2、光的五种偏振态，布儒斯特定律和马吕斯定律。晶体双折射现象，o光、e光。教学难点：光的五种偏振态o光、e光的波面，光在晶体中的传播方向教学内容：§5－1自然光与偏振光一、光的偏振性1、机械波的偏振纵波：振动方向与波的传播方向在一条直线上，通过波的传播方向所作的所有平面内的运动情况相同，振动对于传播方向具有对称性。横波：振动方向与波的传播方向垂直振动方向对于波的传播方向具有不对称性，叫偏振。只有横波才具有偏振性。2、光的偏振性。感光作用的是E之量，E称光矢量。E⊥V，光波是横波，具有偏振性。1°平面偏振光（线偏振光）电矢量的振动

3、只限于某一确定平面的光。电矢量在垂直于光传播方向平面内投影为一直线。2°振动面：电矢量和光的传播方向所构成的平面，称偏振光的振动面。3°偏振面：通过光的传播方向与振动面垂直的平面，称偏振面。3、光的偏振性的实验观察。装置：P1、P2为两个人造偏振片。现象：自然光通过P1光线变暗，转动P1明、暗程度不变；P1固定，P2转动，光强呈周期性变化。解释：P1——起偏器：产生偏振光的元件，称起偏器。P2——检偏器：检验射来的光是否是偏振光的元件1/16上海师范大学《光学》教案二、自然光与偏振光1、自然光：一个原子某一瞬时发出的一列光波

4、是偏振光（可产生干涉），大量原子发出的光的振动方向取一切可能的方向，没有一个方向较其他方向更占优势，是非偏振光，在各个方-6向上电矢量的时间平均值（≥10s）是相等的，这种光是自然光。在自然光中，任何取向的一个电矢量E都可以分解成两个垂直方向上的分量。由于大量平面偏振光分布的轴对称性，Ax=Ay，自然光可以看成两个振幅相同，振动相互垂直的非相干的平面偏振光的迭加。自然光的两个垂直分量无固定的位相关系，决不能合成一个单独的矢量。Ix=Iy=I0/22、用自然光获得偏振光1°自然光的表示方法（自然光可以分解为两个互相垂直的振幅相

5、等的独立的分振动）2°用自然光获得偏振光（原则方法）完全移去两个互相垂直分振动之一，获得完全偏振光。部分移去两个互相垂直分振动之一，获得部分偏振光。§5-2平面偏振光与部分偏振光一、由二向色性产生的平面偏振光1、二向色性有些晶体对不同方向振动的电矢量，具有选择吸收的性质，称二向色性。电气石，电矢量与晶体光轴垂直时，被强烈地吸收；而与光轴平行时，被吸收得较少。2、人造偏振片1°制作：透明的聚乙烯醇片，通过加热和延伸，使得它在特定方向上具有排列得很好的长链分子，然后将该片用碘溶液浸染。2°特性：吸收平行链长方向的电场分量，垂直链

6、长的电场分量则几乎不受影响。3°透振方向：偏振片上能透过电矢量振动的方向称为它的透振方向。3、马吕斯定律I自然光强度为I0，通过起偏器I012I1为平面偏振光，其振动方向与检偏器透振方向夹角为θ，通过P2后AAcos212222IAAcosIcos22112IIcos21I1——入射到检偏器的平面偏振光的强度二、反射光的偏振态1、用菲涅耳公式讨论反射光的偏振态Atg(ii)sin(ii)cos(ii)Acos(ii)P1121212S112Atg(ii)sin(ii)cos(i

7、i)Acos(ii)p1121212S112AA当i1=0及i1=90°的情况下：P1S1AAP1S1已知AP1=AS1∴AA此式表明平行分量A值与垂直分量A值相当，但不相干，P1S1P1S12/16上海师范大学《光学》教案合成后仍为自然光。除i1=0及i1=90°外的任何角度入射时11

8、cos(ii)

9、

10、cos(ii)

11、∴Ap1AS1111212AP1AS1AAp1S1反射光为部分偏振光2、偏振度Imax——某一部分偏振光沿某一方向上具有的能量最大值。Imin——与最大值垂直方向上具有的能量

12、最小值。IImaxminPIImaxmin自然光，Imax=Imin，P=0；平面偏振光，Imin=0，P=13、布儒斯特定律由菲涅耳公式知，当ii90时，A/A0,A012P1p1P1电矢量的平行分量完全不能反射，反射光只是垂直分量——平面偏振光。此时入射角为i10，