线偏振圆偏振及椭圆偏振.PDF

線偏振、圓偏振及橢圓偏振 【目的 】 1.認識光的偏振性和偏振光的種類，並學習利用偏振器 製造偏振光。 2.學習並驗證Malus’s Law 。 λ λ 3.觀察 波片和 波片對線偏振光的作用 。 2 4 【原理 】 光是電磁波， 而電磁波是一種橫波，電磁場的 振動方向與波的前進方向垂直。若電場 E 被限制在某一些方向上振盪，稱為光的偏振化，電場振動方向稱為光的偏振方向。 1.偏振光的種類 沿 z 方向傳播的波動方程的通解可表示為沿 x 、y 方向振動的兩個獨立場分量的線性組 合，即 E＝ ＋ ，其中 ＝ cos(ωt－kz＋ ) 、 ＝ cos(ωt－kz＋ )表示 iEx jE y Ex E0x ϕx Ey E0y ϕy 傳播方向相同、振動方向相互垂直、有固定相位差的兩束線偏振光。根據空間任一點光電場 E的向量末端在不同時刻的軌跡不同，可分為線偏振 光（linearly polarized）、圓偏振光 （circle polarized）、橢圓偏振光（elliptic polarized），如圖一所示。 圖一 線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光 （1）橢圓偏振光（elliptic polarized） 將 ＝ cos(ωt－kz＋ )和 ＝ cos(ωt－kz＋ )消去(ωt－kz) ，經過運算 Ex E0x ϕx Ey E0y ϕy  2 E 2  E  E E 可得  x   y   x  y  2 ，φ＝ － …… （1）   + −2  cosϕ sin ϕ ϕy ϕx E E  E E  0x 0y 0x 0y        在垂直於傳播方向的平面內，公式（1）為二元二次方程，表示的幾何圖形是橢圓，稱為橢 圓偏振光，其電向量的大小和方向都隨時間變化 ，如圖二所示。 圖二 橢圓偏振光的電場向量圖 線偏振、圓偏振及橢圓偏振-1 根據電向量的旋轉方向不同，可將橢圓偏振光分為右旋偏振光和左旋偏振光。所謂右旋 或左旋，與觀察的方向有關，通常規定逆著光傳播的方向看， E順時針方向旋轉時，稱為右 旋橢圓偏振光；反之，稱為左旋橢圓偏振光。其旋向取決於相位差φ。當 2mπ＜φ＜（2m ＋1）π，m＝0 、±1 、±2 、…時，為右旋橢圓偏振光；當（2m－1）π＜φ＜2mπ時，為左旋 橢圓偏振光。 （2）線偏振光（linearly polarized） 當 E 、 兩分量的相位差ψ＝m π，m＝0 、±1 、±2 、…時，公式（1）為直線方程，稱 E x y E E 為線偏振光。此時，有 x ± 0x ，其電向量的方向保持不變，大小隨相位變化。當m 為零 E E y 0y 或偶數時，光振動方向在Ⅰ、Ⅲ象限內；當 m 為奇數時，光振動方向在Ⅱ、Ⅳ象限內 ，如圖 三所示。 圖三 線偏振光 ，（a）m 為零或偶數 ，（b ）m 為奇數 。 （3）圓偏振光（ circle polarized） 1 當 E 、 的振幅相等（ E ＝ ＝ ），相位差ψ＝（2m± ）π，m＝0 、±1 、± E E E x y 0x 0y