12-12光的偏振状态光的偏振状态光的偏振状态光的偏振状态12-1 光的偏振光的偏振 一、自然光和偏振光自然光和偏振光12-1 光的偏振光的偏振Ev0H光矢量光矢量振动面振动面12-1 光的偏振光的偏振 一、自然光和偏振光自然光和偏振光Ev0H偏振面偏振面12-1 光的偏振光的偏振光矢量光矢量振动面振动面 一、自然光和偏振光自然光和偏振光Ev0H光矢量光矢量振动面振动面偏振面偏振面 若光矢量保持在一定平面内振动，称此平若光矢量保持在一定平面内振动，称此平面为光矢量的面为光矢量的振动面振动面，12-1 光的偏振光的偏振 一、自然光和偏振光自然光和偏振光Ev0H光矢量光矢量振动面振动面偏振面偏振面 若光矢量保持在一定平面内振动，称此平若光矢量保持在一定平面内振动，称此平面为光矢量的面为光矢量的振动面振动面，这种振动状态称为平这种振动状态称为平面偏振态。面偏振态。12-1 光的偏振光的偏振 一、自然光和偏振光自然光和偏振光Ev0H光矢量光矢量振动面振动面偏振面偏振面 若光矢量保持在一定平面内振动，称此平若光矢量保持在一定平面内振动，称此平面为光矢量的面为光矢量的振动面振动面，这种振动状态称为平这种振动状态称为平面偏振态。如果所有光矢量都在一个平面内面偏振态。如果所有光矢量都在一个平面内振动称这种光线为振动称这种光线为线偏振光线偏振光或或平面偏振光平面偏振光。12-1 光的偏振光的偏振 一、自然光和偏振光自然光和偏振光线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：. . . . . . . . .光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面垂直线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：. . . . . . . . .光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面斜交光矢量与屏平面斜交自然光：自然光： 原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发出的光波列，它们的频率、初相位、原子发出的光波列，它们的频率、初相位、振动面、传播方向及波列长度都可能不同。振动面、传播方向及波列长度都可能不同。自然光：自然光：所以，各种振动面的光出现的机会相等，沿所以，各种振动面的光出现的机会相等，沿同一振动面的原子光波列的强度与振动面方同一振动面的原子光波列的强度与振动面方向无关，称这种光为向无关，称这种光为自然光自然光。 原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发出的光波列，它们的频率、初相位、原子发出的光波列，它们的频率、初相位、振动面、传播方向及波列长度都可能不同。振动面、传播方向及波列长度都可能不同。自然光：自然光：所以，各种振动面的光出现的机会相等，沿所以，各种振动面的光出现的机会相等，沿同一振动面的原子光波列的强度与振动面方同一振动面的原子光波列的强度与振动面方向无关，称这种光为向无关，称这种光为自然光自然光。 原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发光是随机的，在普通光源中不同原子发出的光波列，它们的频率、初相位、原子发出的光波列，它们的频率、初相位、振动面、传播方向及波列长度都可能不同。振动面、传播方向及波列长度都可能不同。 自然光可以分解为两束相互独立的、等自然光可以分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏振光，这振幅的、振动方向相互垂直的线偏振光，这两线偏振光的光强等于自然光光强的一半。两线偏振光的光强等于自然光光强的一半。自然光的表示法：自然光的表示法：.自然光的表示法：自然光的表示法：.部分偏振光：部分偏振光： 如果将自然光中的两个垂直分量中的其如果将自然光中的两个垂直分量中的其中一个分量部分地削弱，所得的光线称为中一个分量部分地削弱，所得的光线称为部部分偏振光。分偏振光。自然光的表示法：自然光的表示法：.部分偏振光：部分偏振光： 如果将自然光中的两个垂直分量中的其如果将自然光中的两个垂直分量中的其中一个分量部分地削弱，所得的光线称为中一个分量部分地削弱，所得的光线称为部部分偏振光。分偏振光。部分偏振光表示法：部分偏振光表示法：. . . .圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光垂直于光传播方向的任一截面內，光振动矢量为一垂直于光传播方向的任一截面內，光振动矢量为一旋转矢量，端点运动轨迹是一个圆。旋转矢量，端点运动轨迹是一个圆。横截面横截面传播方向传播方向椭圆偏振光由两束通向传播、振动方向相互垂直、椭圆偏振光由两束通向传播、振动方向相互垂直、振幅不等、具有恒定为项关系的线偏振光合成，根据振幅不等、具有恒定为项关系的线偏振光合成，根据旋转方向，可左旋和右旋。旋转方向，可左旋和右旋。端点运动轨迹是一个端点运动轨迹是一个椭圆。椭圆。横截面横截面传播方向传播方向左旋圆左旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光E E随随z z的变化的变化E 012-12 起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律 1、起偏与检偏、起偏与检偏12-12 起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律 偏振片偏振片：有些薄膜材料能吸收某一方向：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过，这个方向称为偏振化方向。称这些薄通过，这个方向称为偏振化方向。称这些薄膜为偏振片。膜为偏振片。 偏偏偏偏振振振振化化化化方方方方向向向向自自然然光光线线偏偏振振光光偏振片偏振片 1、起偏与检偏、起偏与检偏12-12 起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律 偏振片偏振片：有些薄膜材料能吸收某一方向：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过，这个方向称为偏振化方向。称这些薄通过，这个方向称为偏振化方向。称这些薄膜为偏振片。膜为偏振片。 偏偏偏偏振振振振化化化化方方方方向向向向 自然光通过偏自然光通过偏振片后变为线偏振振片后变为线偏振光，称为光，称为起偏起偏。自自然然光光线线偏偏振振光光偏振片偏振片 1、起偏与检偏、起偏与检偏12-12 起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律 偏振片偏振片：有些薄膜材料能吸收某一方向：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过，这个方向称为偏振化方向。称这些薄通过，这个方向称为偏振化方向。称这些薄膜为偏振片。膜为偏振片。 偏偏偏偏振振振振化化化化方方方方向向向向 自然光通过偏自然光通过偏振片后变为线偏振振片后变为线偏振光，称为光，称为起偏起偏。自自然然光光线线偏偏振振光光偏振片偏振片 偏振片又可用偏振片又可用来检验光线的偏振来检验光线的偏振化程度，称为化程度，称为检偏检偏。 1、起偏与检偏、起偏与检偏12-12 起偏与检偏起偏与检偏 马吕斯定律马吕斯定律. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零. . . .检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光自然光. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 2、马吕斯定律、马吕斯定律. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AA0AA0I0I检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向 2、马吕斯定律、马吕斯定律a. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AA0AA0I0I检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向检偏器前偏振光振动方向与检偏器检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角 2、马吕斯定律、马吕斯定律aa. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AA0cosAA0I0I检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向检偏器前偏振光振动方向与检偏器检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角AA0= 2、马吕斯定律、马吕斯定律aaa. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AA0cosAA0I0I检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向检偏器前偏振光振动方向与检偏器检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角AA0=I0I=AA022 2、马吕斯定律、马吕斯定律aaa. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AA0cosAA0I0I检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向检偏器前偏振光振动方向与检偏器检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角AA0=I0I=AA022=cosA02A022 2、马吕斯定律、马吕斯定律aaaa. .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AA0cosAA0I0I检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向检偏器前偏振光振动方向与检偏器检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角AA0=I0I=AA022=cosA02A02I0I=cos22马吕斯定律马吕斯定律 2、马吕斯定律、马吕斯定律aaaaaI0I=cos2马吕斯定律马吕斯定律讨论：讨论： aI0I=cos202=I，马吕斯定律马吕斯定律讨论：讨论： 1. 当当aaI0I=cos20I02=I=I= 0，马吕斯定律马吕斯定律讨论：讨论： 1. 当当当当aaaI0I=cos2讨论：讨论： 1. 当当0I02=I=I= 0，当当 2. 此定律只适用于没有光吸收的理想偏此定律只适用于没有光吸收的理想偏振片。振片。马吕斯定律马吕斯定律aaa例：一束光强为例：一束光强为 I0 的自然光，相继通过三个的自然光，相继通过三个偏振片偏振片P1、P2 和和P3 后出射光的光强为后出射光的光强为 I =I0 /8。已知已知 P1和和 P3 的偏振化方向相互垂直，若以入的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转射光线为轴，旋转 P2 要使出射光的光强为零，要使出射光的光强为零，P2 最少要转过的角度是多少最少要转过的角度是多少?P3P2P1例：一束光强为例：一束光强为 I0 的自然光，相继通过三个的自然光，相继通过三个偏振片偏振片P1、P2 和和P3 后出射光的光强为后出射光的光强为 I =I0 /8。已知已知 P1和和 P3 的偏振化方向相互垂直，若以入的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转射光线为轴，旋转 P2 要使出射光的光强为零，要使出射光的光强为零，P2 最少要转过的角度是多少最少要转过的角度是多少?解：解： 为为P1 和和 P2 的偏振化方向的夹角的偏振化方向的夹角 P3P2P1例：一束光强为例：一束光强为 I0 的自然光，相继通过三个的自然光，相继通过三个偏振片偏振片P1、P2 和和P3 后出射光的光强为后出射光的光强为 I =I0 /8。已知已知 P1和和 P3 的偏振化方向相互垂直，若以入的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转射光线为轴，旋转 P2 要使出射光的光强为零，要使出射光的光强为零，P2 最少要转过的角度是多少最少要转过的角度是多少?解：解： 为为P1 和和 P2 的偏振化方向的夹角的偏振化方向的夹角 自然光自然光 I0 透过透过P1 I1 = I0 / 2 P3P2P1例：一束光强为例：一束光强为 I0 的自然光，相继通过三个的自然光，相继通过三个偏振片偏振片P1、P2 和和P3 后出射光的光强为后出射光的光强为 I =I0 /8。已知已知 P1和和 P3 的偏振化方向相互垂直，若以入的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转射光线为轴，旋转 P2 要使出射光的光强为零，要使出射光的光强为零，P2 最少要转过的角度是多少最少要转过的角度是多少?解：解： 为为P1 和和 P2 的偏振化方向的夹角的偏振化方向的夹角 自然光自然光 I0 透过透过P1 I1 = I0 / 2 线偏振光线偏振光 I1透过透过P2 I2 = I1 cos 2 P3P2P1例：一束光强为例：一束光强为 I0 的自然光，相继通过三个的自然光，相继通过三个偏振片偏振片P1、P2 和和P3 后出射光的光强为后出射光的光强为 I =I0 /8。已知已知 P1和和 P3 的偏振化方向相互垂直，若以入的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转射光线为轴，旋转 P2 要使出射光的光强为零，要使出射光的光强为零，P2 最少要转过的角度是多少最少要转过的角度是多少?解：解： 为为P1 和和 P2 的偏振化方向的夹角的偏振化方向的夹角 自然光自然光 I0 透过透过P1 I1 = I0 / 2 线偏振光线偏振光 I1透过透过P2 I2 = I1 cos 2 = I0 cos2 / 2P3P2P1线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： 线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(/ 2 - ) 线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(/ 2 - ) = I0 cos2 sin2 / 2 线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(/ 2 - ) = I0 cos2 sin2 / 2 = I0 sin22 / 8 线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(/ 2 - ) = I0 cos2 sin2 / 2 = I0 sin22 / 8 已知已知 I = I0 / 8，所以所以 sin22 = 1， 线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(/ 2 - ) = I0 cos2 sin2 / 2 = I0 sin22 / 8 已知已知 I = I0 / 8，所以所以 sin22 = 1，即，即 =/4、3/4、5/4、7/4 线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(/ 2 - ) = I0 cos2 sin2 / 2 = I0 sin22 / 8 已知已知 I = I0 / 8，所以所以 sin22 = 1，即，即 =/4、3/4、5/4、7/4 若若 I = 0，则必需则必需 sin22 = 0，线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(/ 2 - ) = I0 cos2 sin2 / 2 = I0 sin22 / 8 已知已知 I = I0 / 8，所以所以 sin22 = 1，即，即 =/4、3/4、5/4、7/4 若若 I = 0，则必需则必需 sin22 = 0，即即 =0，线偏振光线偏振光 I2 最后透过最后透过P3 的光强的光强 I 为：为： I = I2 cos2(/ 2 - ) = I0 cos2 sin2 / 2 = I0 sin22 / 8 已知已知 I = I0 / 8，所以所以 sin22 = 1，即，即 =/4、3/4、5/4、7/4 若若 I = 0，则必需则必需 sin22 = 0，即即 =0，所以要使出射光的光强为零，所以要使出射光的光强为零，P2 最少要转动最少要转动/4角度。角度。