偏振光的原理及應(yīng)用

1、偏振光的研究偏振光的研究林巨中國海洋大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心光的偏振大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)偏振光的研究偏振光的研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?. 觀察光的偏振現(xiàn)象，加深對偏振光的理解，觀察光的偏振現(xiàn)象，加深對偏振光的理解，驗(yàn)證馬呂斯定律。驗(yàn)證馬呂斯定律。 2. 認(rèn)識、了解產(chǎn)生和檢驗(yàn)偏振光的器件及其認(rèn)識、了解產(chǎn)生和檢驗(yàn)偏振光的器件及其作用。作用。3. 掌握產(chǎn)生和檢驗(yàn)線偏振光、橢圓偏振光和掌握產(chǎn)生和檢驗(yàn)線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光的原理和方法。圓偏振光的原理和方法。 大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)光的光的波動性波動性大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)一、光的偏振一、光的偏振 z(k) 如果設(shè)光波沿坐標(biāo)系的如果設(shè)光波沿坐標(biāo)系的z軸

2、傳播，由光波之橫波性，軸傳播，由光波之橫波性，光波之電振動矢量必在垂直于光波之電振動矢量必在垂直于z軸的軸的xy平面內(nèi)，顯然電平面內(nèi)，顯然電振動矢量可以表示為振動矢量可以表示為jEiEEyx式中，分別為式中，分別為x, y方向方向的單位矢量的單位矢量jiExy實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理光的干涉、衍射光的干涉、衍射光波（光波（電磁波電磁波 ）是）是橫波橫波光的偏振光的偏振大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)電矢量電矢量E隨時(shí)間改變隨時(shí)間改變00 xyEEm0線偏振光線偏振光94至至00 xyEE1()2m圓偏振光圓偏振光00 xyEE,00 xyEE自然光自然光部分偏振光部分偏振光實(shí)際上，部分偏振光包含線偏振光與自然光

3、。實(shí)際上，部分偏振光包含線偏振光與自然光。 隨時(shí)隨時(shí)間不變間不變橢圓偏振光橢圓偏振光為兩分量之相位差為兩分量之相位差大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 由構(gòu)成自然光源（如日光，各種照明燈等）的大量分子或原子發(fā)出的光波的合成，這些分子或原子的熱運(yùn)動和輻射是隨機(jī)的，它們所發(fā)射的光振動，出現(xiàn)在各個(gè)方向的幾率相等。 二二互相互相垂直方向是任選的垂直方向是任選的。符號表示符號表示vE 自然光自然光大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 某一方向的光振動比與之垂直方向上的光振動某一方向的光振動比與之垂直方向上的光振動占優(yōu)勢的光為部分偏振光占優(yōu)勢的光為部分偏振光 .符號表示符號表示 部分偏振光部分偏振光大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 偏振光偏

4、振光（平面偏振光、線偏振光、完全偏振光）（平面偏振光、線偏振光、完全偏振光）光振動只沿某一固定方向的光光振動只沿某一固定方向的光 .符號表示符號表示大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 橢圓偏振光橢圓偏振光大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn) 圓偏振光圓偏振光線偏振光、圓偏振光都是橢圓偏振光在特殊情況下的表示大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理二、平面偏振光的產(chǎn)生二、平面偏振光的產(chǎn)生 1. 由反射和折射產(chǎn)生偏振 自然光入射到透明介質(zhì)(如玻璃)表面，其反射光和折射光一般為部分偏振光。 反射光接近于完全偏振光，其偏振面垂直于入射面，該入射角稱為布儒斯特角。 120/nnitg大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)2. 由二向色性晶體的選擇

5、吸收產(chǎn)生偏振由二向色性晶體的選擇吸收產(chǎn)生偏振 二向色性二向色性 : 某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動 , 而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動通過, 這種性質(zhì)稱二向色性。 偏振片偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片，上述特殊方向稱為偏振片的偏振化方向。大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)3. 由晶體雙折射產(chǎn)生偏振 某些各向異性透明晶體（如方解石、石英等）沿不同方向其光學(xué)特性有所不同。一束單色光入射于這種晶體時(shí)會產(chǎn)生兩束平面偏振光(o光、e光)，并以不同的速度在晶體內(nèi)傳播，稱為雙折射現(xiàn)象。 o光：光：滿足折射定律，稱為尋常光。滿足折射定律，稱為尋常光。 e光：光：不滿足折射定律，稱為非常光。不滿

6、足折射定律，稱為非常光。 尼科耳（尼科耳（Nicol）棱鏡）棱鏡大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理三、馬呂斯定律三、馬呂斯定律 自然光通過起偏器P1時(shí)，成為光強(qiáng)為I0的線偏振光，在通過檢偏器P2時(shí)，則從P2透出光強(qiáng)I與兩偏振片偏振化方向之間的夾角 ，有關(guān)，其關(guān)系為馬呂斯（Malus）定律：20cosII 它表示改變角 可以改變透過檢偏器的光強(qiáng)。 大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)四、四、移相器件移相器件-波片和圓偏振光、橢圓偏振光的產(chǎn)生波片和圓偏振光、橢圓偏振光的產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 波晶體中還存在一個(gè)特定的方向，當(dāng)光從這個(gè)方向上進(jìn)入材料時(shí)不會分成兩束，符合一般的折射定律，這個(gè)特殊的方向就是材料的光軸

7、方向。 在晶片中，o光與e光傳播方向相同，由于傳播速度不同，經(jīng)過厚度為d的晶片后，o光與e光之間將產(chǎn)生位相差dnneoo)(2光軸光軸波片波片檢偏器檢偏器大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)1/4 波片)2 , 1 , 0( ,2) 12(kk)2 , 1 , 0( ,)12(kk1/2 波片或半波片線偏振光通過后仍為線偏振光，但其振動面相對于入射光的振動面轉(zhuǎn)過 角2線偏振光通過后可合成橢圓偏振光、圓偏振光、線偏振光 42, 0大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器光學(xué)實(shí)驗(yàn)導(dǎo)軌、二維可調(diào)半導(dǎo)體激光器、激光功率指示計(jì)、偏振片、1/4波片、白屏 大 學(xué) 物 理 實(shí) 驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 起偏與檢偏觀察起偏器與檢偏器的偏振化方向變化時(shí)光斑強(qiáng)度的變化2. 驗(yàn)證馬呂斯定律記錄起偏器與檢偏器的偏振化方向夾角每變化10 時(shí)光斑強(qiáng)度的變化，并作圖。3.用1/4波片產(chǎn)生圓偏振光與橢圓偏振光 觀察起偏器偏振化方向與1/4波片