椭圆偏振光和圆偏振光.pptx

1 波动光学 (Wave motion optics) 2 本章开始的研究对象: 光。 光是什么？近代物理认为，光既是一种波动(电磁波)，又是一种粒子(光子)。就是说，光是具有波粒二象性的统一体。 光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学三部分。 我们首先研究光的波动性。波动光学是当代激光光学、信息光学、非线性光学和很多应用光学的重要基础。波动最重要的特征是具有干涉、衍射和偏振现象。 引 子 3 可见光,即能引起人的视觉的电磁波,它的频率在3.9×1014～7.7×1014Hz之间,相应真空中的波长在7700Å~3900Å之间。不同频率的光，颜色也不同。频率与颜色如表19-1所示。 4 就能量的传输而言，光波中的电场E和磁场H是同等重要的。但实验证明,引起眼睛视觉效应和光化学效应的是光波中的电场,所以我们把光波中的电场强度E称为光矢量(或光振动)。 在波动光学中, 光强定义为 5 第 19 章 6 一.原子的发光 光是光源中的原子或分子从高能级向低能级跃迁时发出的。 原子发出的光是一个有限长的波列。 §19-1 原子发光模型 7 2. 激光光源：受激辐射 (将在近代物理中讨论) 3.同步辐射光源 1.普通光源：自发辐射(随机、独立) 二.光 源 8 §19-2 光波列的频谱宽度 由付里叶积分可以证明，频宽： 光波列长度: x = c t 可见, 波列愈长, 其单色性愈好。 实际谱线宽度大大超过上述自然宽度。原因 一是原子间的碰撞是激发态寿命( t)缩短； 二是运动原子发出的光有多普勒频移。 它不是单色光，实际是由某一中心波长o附近的许多不同频率的单色光组成。 9 x = c t 10 §19-3 光的偏振态 光波是横(电磁)波。光波中光矢量(电场)的振动方向与光的传播方向垂直。 偏振—研究光矢量在垂直于传播方向的平面内的振动状态(偏振态)。 最常见的偏振光有五种:自然光、线偏振光、部分偏振光、*椭圆偏振光和圆偏振光。 11 一.自然光 部分偏振光 线偏振光 普通光源发出的光、阳光都是自然光。由于原子发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取0~360°内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占有优势。具有上述特性的光，称为自然光。 自然光的表示法：用两个独立的(无确定相位关系)、相互垂直的等幅振动来表示。 图19-2中,圆点表示垂直于纸面的振动,短线表示平行于纸面的振动。 12 将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一部分移去得到的光，称为部分偏振光。 完全偏振光(线偏振光、平面偏振光)的表示法： 将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移去得到的光，称为完全偏振光。 部分偏振光的表示法： 13 *二.椭圆偏振光和圆偏振光 光矢量在垂直于光的传播方向的平面内,按一定频率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量的端点轨迹是一个椭圆,这种光叫做椭圆偏振光。如果光矢量端点轨迹是一个圆,这种光叫做圆偏振光,如图19-5所示。这相当于两个相互垂直的有确定相位关系的振动的合成。 14 §19-4 偏振片 马吕斯定律 一.偏振片的起偏和检偏 偏振片的构造: 将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列并蒸镀在透明基片上,就制成偏振片。 偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振动而仅让与此方向垂直的光振动通过。 15 若以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察透过偏振片的光, 偏振片既可用作起偏器,又可用作检偏器。 光强无变化的是自然光; 光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光; 光强有变化,但最小值为零(消光)的是线偏振光。 16 I=(Eocos)2 = Iocos2  马吕斯指出,强度为Io的线偏振光,透过检偏片后,透射光的强度(不考虑吸收)为 I=Iocos2 (19-1) 式中, 是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角。上式称为马吕斯定律。 证明如下： 2.马吕斯定律 17 例题19-1 自然光连续通过两个叠在一起的偏振片