光學(xué) 第五章光的偏振.ppt

第五章光的偏振 Polarization 一 基本概念1自然光2線偏振光3部分偏振光4偏振片5偏振化方向6起偏7檢偏8馬呂斯定律 自然光可以分解為兩束相互獨(dú)立的 等振幅的 振動方向相互垂直的線偏振光 這兩線偏振光的光強(qiáng)等于自然光光強(qiáng)的一半 自然光的表示法 線 完全 偏振光 部分偏振光 如果將自然光中的兩個(gè)垂直分量中的其中一個(gè)分量部分地削弱 所得的光線稱為部部分偏振光 部分偏振光表示法 偏振片 有些薄膜材料能吸收某一方向的光振動 透光方向稱為偏振化方向 稱這些薄膜為偏振片 偏振化方向 自 然 光 線 偏 振 光 偏振片 自然光通過偏振片后變?yōu)榫€偏振光 稱為起偏 偏振片又可用來檢驗(yàn)光線的偏振化程度 稱為檢偏 起偏與檢偏 起偏器 檢偏器 自然光 線偏振光 偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器 光強(qiáng)發(fā)生變化 起偏器 檢偏器 自然光 線偏振光 A A 0 A A 0 I 0 I 檢偏器偏振化方向 檢偏器前偏振光振動方向與檢偏器偏振化方向之間的夾角 馬呂斯定律 a a I 0 I cos 2 馬呂斯定律 a 例1用兩偏振片裝成起偏器和檢偏器 在它們的偏振化方向成時(shí) 觀測一束單色自然光 又在時(shí) 觀測另一束單色自然光 設(shè)兩次所得的透射光強(qiáng)度相等 求兩光束強(qiáng)度之比 例2將透振方向分別為P和P的兩塊偏振片平行放置 然后用光強(qiáng)為I的自然光和光強(qiáng)為I的線偏振光同時(shí)垂直入射到第一塊偏振片上 試問 如果P固定不動 將P以光線方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動一周時(shí) 從P透射出來的光強(qiáng)如何變化 從系統(tǒng)透射出來光強(qiáng)極大值 條件 1 2 1 2 1 2 2 二 反射和折射時(shí)光的偏振自然光在兩種各向同性媒質(zhì)分界面上反射和折射時(shí) 一般情況下 反射光和折射光不再是自然光 而是部分偏振光 i n 1 n 2 r 以任意角度入射 反射和折射時(shí)光的偏振 以任意角度入射時(shí) 反射光和折射光都為部分偏振光 實(shí)驗(yàn)和理論都表明 反射光中垂直于入射面振動的光的強(qiáng)度比較大 折射光中在入射面內(nèi)振動的光的強(qiáng)度比較大 布儒斯特研究指出 反射光偏振化的程度決定于入射角 當(dāng)時(shí) 反射光成為完全偏振光稱為布儒斯特角 BrewsterAngle 且在此時(shí) i n 1 n 2 r 例1 太陽光射在水面上 如何測定從水面上反射的光線的偏振程度 它的偏振程度與什么有關(guān) 在什么時(shí)候 偏振程度最大 例2 證明 若光線以起偏角從空氣入射到玻璃 折射光的反射光是線偏振光 光學(xué)部分 一干涉 五個(gè)裝置二衍射 兩個(gè)裝置三偏振 兩個(gè)知識點(diǎn) Lightamplificationbystimudatedemissionofradiation Lightamplificationbystimudatedemissionofradiation 受激輻射光放大 三雙折射 Birefringence 現(xiàn)象當(dāng)一束光線折入各向異性的媒質(zhì)時(shí) 光束分成了兩束 這種現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象 概念 1 尋常光 OrdinaryLight 2 非常光 ExtraordinaryLight 利用雙折射現(xiàn)象 已研制出偏振棱鏡 以獲得平面偏振光 光學(xué)部分 一干涉 五個(gè)裝置二衍射 兩個(gè)裝置三偏振 兩個(gè)知識點(diǎn) 四 偏振光的干涉五 旋光現(xiàn)象線偏振光在通過某些物質(zhì)后 它的振動面發(fā)生了旋轉(zhuǎn) 這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象 某些物質(zhì)具有能使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì) 稱為旋光性 OpticalActivity 這些具有旋光性的物質(zhì) 稱為旋光物質(zhì) 1晶體和溶液的旋光性2磁致旋光 例已知波源O點(diǎn)的振動方程y 0 1cos4u 4m s L 12 5m 波射到墻上B點(diǎn)求 1入射波的波動方程2入射波在B點(diǎn)的振動方程3反射波在B點(diǎn)和O點(diǎn)的振動方程4反射波的波動方程5合成波的波動方程6節(jié)點(diǎn)的位置7證明B點(diǎn)是節(jié)點(diǎn) t 習(xí)題課1 波的衍射現(xiàn)象的本質(zhì)是什么 在日常經(jīng)驗(yàn)中 為什么聲波的衍射比光波的衍射顯著 楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)是干涉實(shí)驗(yàn) 還是衍射實(shí)驗(yàn) 2如圖所示 設(shè)有一波長為 的單色平面波沿著與縫平面的法線成 角的方向入射于寬度為a的單狹縫AB上 試求出決定各極小值 即各暗條位置 的衍射角 的條件 3太陽光射在水面上 如何測定從水面上反射的光線的偏振程度 它的偏振程度與什么有關(guān) 在什么時(shí)候 偏振程度最大 4 求出光在裝滿水的容器底部反射時(shí)的布儒斯特角 已知容器是用折射率n 1 50的冕牌玻璃制成的 怎樣測定不透明媒質(zhì)的折射率 今測得釉質(zhì)的起偏振角 試求它的折射率為多少 1 在兩個(gè)偏振化方向正交的偏振片之間插入第三個(gè)偏振片 當(dāng)最后透過的光強(qiáng)為入射自然光強(qiáng)的1 8時(shí) 求插入第三個(gè)偏振片的偏振化方向 若最后透射光強(qiáng)為零 則第三個(gè)偏振片怎樣放置 2 18 2 一人在他眼睛瞳孔的前方握著一個(gè)沿豎直方向的單狹縫 通過該狹縫注視一遙遠(yuǎn)的光源 光源的形狀是一根很長的豎直熱燈絲 這人所看到的衍射圖樣是菲涅爾衍射還是夫瑯和費(fèi)衍射 在單縫的夫瑯和費(fèi)衍射中 增大波長與增大縫寬對衍射圖樣分別產(chǎn)生什么影響 3 18 5 波長為5000的平行光線垂直地入射于一寬為1 0mm的狹縫 若在縫的后面有一焦距為100cm的薄透鏡 使光線聚焦于一屏幕上 試問從衍射圖形的中心點(diǎn)到下列各點(diǎn)的距離如何 1 第一極小 2 第一級明紋的極大處 3 第三極小 4 18 8 如圖所示 設(shè)有一波長為 的單色平面波沿著與縫平面的法線成 角的方向入射于寬度為a的單狹縫AB上 試求出決定各極小值 即各暗條位置 的衍射角 的條件 5 18 11 光柵衍射和單縫衍射有何區(qū)別 為何光柵衍射的明紋特別明亮而暗區(qū)很寬 6 18 12 衍射光柵公式 當(dāng)k 0 1 2 3 等整數(shù)倍時(shí) 兩相鄰的狹縫沿角所射出的光線能夠互相加強(qiáng) 試問 當(dāng)滿足上述的條件時(shí) 任意兩個(gè)狹縫沿角射出的光線能否互相加強(qiáng) 在上式中 當(dāng)k 2時(shí) 第一條縫與第二條縫角射出的光線 在屏上會聚 在第二級明紋處 兩者的光程差是多少 對于第一條縫與第n條縫的光程差又如何 7一束平行光垂直入射到某個(gè)光柵上 該光束有兩種波長的光 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩種波長的譜線 不含中央明紋 第二次重合上衍射角的方向上 求此光柵常數(shù) 8 19 1 回答下列問題 自然光與線偏振光 部分偏振光有何區(qū)別 用哪些方法可以獲得線偏振光和檢驗(yàn)線偏振光 9 19 2 回答下列問題 何謂光軸 主截面 主平面 何謂尋常光線和非常光線 它們的振動方向與各自的主平面有何關(guān)系 有人認(rèn)為 只有自然光通過雙折射晶體 才能獲得o光和e光 你的看法如何 為什么 有人說 因?yàn)楣饩哂衅裉匦?所以光波一定是橫波 對嗎 為什么 10 19 3 太陽光射在水面上 如何測定從水面上反射的光線的偏振程度 它的偏振程度與什么有關(guān) 在什么時(shí)候 偏振程度最大 11 19 4 求出光在裝滿水的容器底部反射時(shí)的布儒斯特角 已知容器是用折射率n 1 50的冕牌玻璃制成的 怎樣測定不透明媒質(zhì)的折射率 今測得釉質(zhì)的起偏振角 試求它的折射率為多少 12 19 5 如圖所示 偏振片M作為起偏器 N作為檢起偏器 使M和N的偏振化方向互相垂直 今以單色自然光垂直入射于M 并在M N中間平行地插入另一偏振片C C的偏振化方向與M N均不相同 求透過N后的透射光