大学光学经典课件L12光的横波性与五种偏振态.ppt

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1、§9光的横波性与五种偏振态1．光的偏振现象1）光的偏振的含义光波振动方向的不全面和振幅不均等的现象称为光的偏振现象第二章波动光学基本原理2）偏振片（1）晶体的二向色性（选择吸收性）（2）偏振片及其透振方向和消光方向（3）偏振片的制造（4）偏振片的起偏和检偏性能2．光的横波性1）机械波的横波性的检验2）光波的横波性的检验3．光的五种偏振态1）光是横波，才有不同的偏振状态2）光波的五种偏振态：线偏振光、自然光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。4．线偏振光1)线偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，只有

2、单一方向的振动矢量，随着时间的推移，振动矢量只改变大小、不改变方向。线偏振光：光矢量E只沿一个固定方向振动。2)振动面与平面偏振光振动面：线偏振光的传播方向与振动方向构成的平面。同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一振动面上，又称线偏振光为平面偏振光。线偏振光是偏振程度最强的光，又称线偏振光为全偏振光。3）线偏振光通过偏振片后的光强度若入射的线偏振光强为：旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：线偏振光存在一个消光方向,在垂直P的透振方向上4）马吕斯定律称上式为马吕斯定律注意：（1）只适用于线偏振光（2）

3、马吕斯定律公式上的三角函数项是平方项。由于：就有：5）起偏器和检偏器起偏器：任何偏振态的光通过后透射光都变为线偏振光的器件。检偏器：检查入射光偏振态的器件线偏振射光通过此器件后光强变为零。偏振片既是起偏器，又是检偏器。自然光通过偏振片后，光强为原来的二分之一。旋转起偏器，屏幕上光强不变。检偏器旋转一周，透射光光强出现两次最强，两次消光，说明入射到P2上的光是线偏振光。P2P16）一束线偏振光可以分解为两束互相垂直的线偏振光若将带入参量方程消去参量t，就有：，这正是直线方程结论：（1）线偏振光可以分解为

4、两个互相垂直的相位差为0或的线偏振光，（2）可以由这两束线偏振光代替这束线偏振光。5．自然光1）自然光的定义：在垂直光传播方向的平面上，所有方向均有横振动，各个方向的振动幅度均相等，形成如图所示的轴对称振幅分布。自然光：由于原子发光的独立性与随机性，对于普通光源所发的光，光矢量分布各向均匀。各光矢量之间无固定的相位关系。可用两个相互垂直的光矢量表示自然光，但两者之间也无固定的相位关系。2）自然光通过偏振片后的光强度若入射的自然光强为：自然光旋转偏振片P一周，出射光强均为：（非相干迭加）3）试证明自然光

5、通过偏振片后出射光强为入射光强的一半。自然光由无数条非相干的线偏振光组成数密度：单位夹角内包含的线偏振光的条数角内包含的线偏振光的条数：角内包含的线偏振光的总强度：入射的自然光的总光强：设偏振片的透振方向与角内线偏振光的夹角为：依据马吕斯定律：角内的线偏振光通过偏振片后的光强为：透过偏振片后自然光的光强变为：因此有：注意：已经将公式中的改写为6．部分偏振光1）部分偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，所有方向均有横振动，但不同方向的振动幅度不相等，形成如图的振幅分布。部分偏振光:介于线偏振光与自然光

6、之间的情形，可看成线偏振光与自然光的混合。若入射的部分偏振光强为旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：与的振动方向互相垂直，没有消光现象出现部分偏振光2）部分偏振光通过偏振片后的光强度3）部分偏振光的总光强4）偏振度：时，，为自然光＝时，，是线偏振光注意：与是所有线偏振光在这两个互相垂直方向上的投影分量的非相干叠加。P1例题1自然光通过两个偏振化方向的夹角为60°的偏振片后，透射光强为I.若在两偏振片间再插入另一偏振片，它与前两者的偏振化方向的夹角均为30°，则此时透射光光强为多少？IP解I0I1P1I

7、′PI0P2I1I2例题2一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一转动的偏振片时，透射光光强的最大值是最小值的5倍。求入射光中自然光和线偏振光的光强各占入射光光强的几分之几？解设入射光光强为I0，其中自然光光强为I10，线偏振光强度为I20设通过偏振片后的光强分别为I，I1，I2为什么？例题3:P309例5.17．圆偏振光1）圆偏振光的定义：在垂直光传播方向的平面上，只有单一的振动矢量，振动矢量的大小不变，振动方向匀速转动，振动矢量的端点描绘成一个圆形轨迹。2）圆偏振光通过偏振片后的光强度若入射光

8、强为：圆偏振光旋转偏振片P一周，出射光强不变化3）圆偏振光能够分解成两束互相垂直的线偏振光A若将带入方程，消去参量t就有：，正是圆方程。结论：（1）圆偏振光可以分解为两个互相垂直的振幅相等、相位差为的线偏振光。（2）可以由这两束线偏振光来代替这束圆偏振光。4）圆偏振光的总光强：5）左旋圆偏振光与右旋圆偏振光（1）定义：迎着光线传播方向观看，若振动矢量顺时针旋转就称为右旋圆偏振光，此时：若振动矢量逆时针旋转就称为左旋圆偏振光，此时：（2）证明：若圆偏振光的