圆偏振光和椭圆偏振光都属于完全偏振光

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大学物理——光的偏振

大学物理——光的偏振

二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏:使自然光(或部分偏振光)变成线偏振光的过程。 起偏:使自然光(或部分偏振光)变成线偏振光的过程。 检偏:检查入射光的偏振性。 检偏:检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片, 射偏振片,缓慢转动偏振 观察光强的变化, 片,观察光强的变化,确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480,入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法: 线偏振光的表示法:
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法: 部分偏振光的表示法:
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时 不发生双 折射,该方向称为晶体的光轴。 折射,该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 光轴 是一特殊的 方向” 不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体: 单轴晶体:只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。

椭圆偏振光与园偏振光的产生和检验

椭圆偏振光与园偏振光的产生和检验
§5.5 椭圆偏振光与园偏振光的产生和检验
一、 圆偏振光和椭圆偏振光起偏 晶体相移器件
1、椭圆和圆偏振光获得(思路及装置) (一种相移元件)
思路: 根据振动方向相互垂直、频率相同的两个简谐振动能够合
成椭圆和圆的原理,可有双折射现象获得椭圆和圆偏振光。
分析: 自然光入射到晶片上,
光轴
出射光仍为自然光。(无恒定的相位差)晶片
d
自然光透过晶片是得不到椭圆和圆偏振光的。 o e
线偏振光入射到晶片上,可分解为振动方向相 互垂直的 e 光和 o 光。
晶片:光轴 平行于表面 的晶体薄片
出射光为振动方向相互垂直的、具有固定位相关
系的线偏振光 椭圆和圆偏振光
2、椭圆和圆偏振光起偏装置(光路图) 光轴
y
λ
Ae
A0
? x
P2 A2e
若单色光入射,且d不均匀, 则屏上出现等厚干涉条纹。色
若若dd均不匀均不匀变,,且而以以白白光光入入射射,,则则屏屏上上出出现现彩均色匀条的纹颜。色。偏振
色偏振: 由于某种颜色干涉相消,而呈现它的互补色
如 红色相消→绿色;蓝色相消→黄色
二、人为双折射
人为地造成介质的各向异性,而产生双折射。
A出
Ae 正最大时,Ao为负最大
A入
线偏振光振动面转过2 角度 A0出
A0入
1/2波片的作用—— 使线偏振光振动面转过2 角度
二、椭圆偏振光与圆偏振光的检偏
用1/4 波片C 和偏振片P 可把自然光与圆偏振光
(或部分偏振光与椭圆偏振光)区分开来。
自然光 圆偏振光
自然光 四 分 线偏振光 之
一、偏振光的干涉
P1
AC
Ao

光的偏振与光的旋转

光的偏振与光的旋转

光的偏振与光的旋转光的偏振是光学中一项重要的现象,它指的是光波在传播过程中,由于特定方向的振动分量被滤除或抑制,而使光波的振动方向偏离参考方向的现象。

而与偏振相关的一个现象是光的旋转,即光波在传播过程中沿着光轴方向旋转的现象。

本文将从光的偏振和旋转的概念、原理、应用以及相关技术等方面进行说明。

一、光的偏振光的偏振是指光波的振动方向在空间中固定不变的现象。

一束光波由许多具有不同振动方向的光波组成,通常情况下,光波的振动方向是沿着垂直于传播方向的平面分布的。

根据振动方向的不同,可以将光波分为不偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。

1. 不偏振光不偏振光是指振动方向随机变化的光波,它是由各种不同方向的光波叠加形成的。

不偏振光一般包含了各种振动方向的光波,其振动方向没有特定规律。

2. 线偏振光线偏振光是指振动方向沿着一条直线传播的光波。

其振动方向可以是任意方向,只要沿着同一条直线即可。

线偏振光可以通过偏振片等光学元件实现。

3. 圆偏振光圆偏振光是指振动方向沿着一个圆周传播的光波。

圆偏振光可以分为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光两种,它们的振动方向沿着同一方向传播,但旋转方向相反。

4. 椭圆偏振光椭圆偏振光是指振动方向沿着一个椭圆传播的光波。

椭圆偏振光可以看作是线偏振光和圆偏振光的叠加。

椭圆偏振光可以通过有序的振动方向构成椭圆来描述。

二、光的旋转光的旋转是指光波在传播过程中沿着光轴方向产生旋转的现象。

光的旋转主要与介质的物理性质有关,尤其是光的折射率。

在介质中,折射率与光的频率和介质的物理性质密切相关,通过改变介质的物理性质,可以实现光的旋转效应。

光的旋转可以分为自旋转和外界介质诱导的旋转两种。

1. 自旋转自旋转是指光在自由空间中传播时,由于介质的自旋角动量的影响,使光波的传播方向产生旋转。

自旋转是一种固有的光学性质,与光波的振动方向和自旋角动量的关系密切。

2. 外界介质诱导的旋转外界介质诱导的旋转是指光在介质中传播时,介质的物理性质对光波的传播方向产生旋转的影响。

2.5 反射率和透射率的偏振特性

2.5 反射率和透射率的偏振特性

①自然光正入射(1= 00)和掠入射界面(1 900)时,
Rs Rp , Ts =Tp
因而
Pr =Pt =0
100%
R
即反射光和折射光 仍为自然光。
50%
Rs
0% 0
B
Rn Rp
90
1
n1< n2
②自然光斜入射界面时,因 Rs 和 Rp、Ts 和 Tp 不相 等,所以反射光和折射光都变成部分偏振光。
(160)
sin(1 2 ) n1 cos 1 n2 cos 2 rs = sin(1 2 ) n1 cos 1 n2 cos 2
没有优势方向
自然光的分解
1. 偏振度

部分偏振光
部分偏振光
垂直板面的光振动较强
部分偏振光的分解
平行板面的光振动较强
完全偏振光
向 传播方
面 振 动
面对光的传播方向看
光振动垂直板面
光振动平行板面
偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变化
自然光
线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变化
IM Im p IM Im (154)
1. 偏振度
IM Im p IM Im (154)
式中,IM 和 Im 分别为两个特殊(正交)方向上所对 应的最大和最小光强。 ①对于完全非偏振光,P = 0; ②对于完全偏振光,P = l; ③一般的 P 值表示部分偏振光,P 值愈接近 l,光的 偏振程度愈高。
①在完全非偏振光中,Ws Wp ; ②在部分偏振光中, Ws Wp ; ③在完全偏振光中,或 Ws 0 或 Wp 0 。

椭圆偏振光和圆偏振光PPT课件

椭圆偏振光和圆偏振光PPT课件
A D B C B C
18
光轴
A D
注意:光轴仅标志一定的方向, A 并不特指某条直线。 单轴晶体: 只有一个光轴的晶体。如 B 方解石(碳酸钙、冰洲石)、 石英(水晶)、红宝石等。 双轴晶体: 有两个光轴的晶体。如云 母、硫磺、黄玉等。
D
C
19
主平面: 包含晶体光轴和给定光线的平面 3. o,e光的性质 实验表明: 1)o光是线偏振光,振动方向 垂直于o光主平面. e光是线偏振光,振动方向 平行于e光主平面. 2) 当光轴在入射面内或垂直于 入射面时, o, e光的振动方 向相互垂直。 ⒉
29
说明:1)如果光轴垂直于界 面,光正入射时, o,e光方向 相同, 速度也相同,故无双 折射 . 2)如果光轴平行于界面,光 正入射时, o,e光方向相同, 但速度不同,仍认为有双折 射.
Do D
e
D0/
De/
30
例4 负晶体光轴垂直于入射面,平行光斜入射,用 作图法确定o,e光传播方向和偏振方向,并证明 这时o,e光均遵循折射定律。
34
二、单轴晶体的主折射率 光轴垂直于入射面时,e光沿垂直于光轴 的方向传播,这时o,e光都遵循折射定律:
sini1 c n0 (O光主折射率) sini20 v 0 sini1 c ne (e光主折射率) sini2e v e
方解石(负晶体v0<ve n0 >ne) no=1.65836,ne=1.48641 石英:(正晶体v0>ve n0 <ne) no=1.54425,ne=1.55336
1. 二向色性:
是指有些晶体对不同方向振动的电矢 量,具有选择吸收的性质。 偏振片:含有平行地排列起来的长链聚合物 分子的薄膜, 具有二向色性. 如:电气石(天然)、聚乙烯醇(人工)。 透振方向:垂直于长链方向。

第五章光的偏振椭圆偏振光与圆偏振光

第五章光的偏振椭圆偏振光与圆偏振光
(3)当入射线偏振光的振动方向与1/4波片的光轴成450 角时,则Ax=Ay,=±/2,则从1/4波片出射的光 即为右旋(左旋)圆偏振光。 (4)当入射的偏振光的振动方向平行于1/4波片的光轴 或垂直于1/4波片的光轴,则出射光仍为平行或垂直于 光轴振动的线偏振光。
14
C X
(5)如果1/4波片的厚度为:

2
3 4


5 4
3 2
正椭圆偏振光
7 4
2
10
二. 椭圆偏振光和圆偏振光的获得
由前面的学习知道,要获得椭圆(或圆)偏振光, 首先必须先有两束同频率、振动方向相互垂直,且有确 定的相位关系,并沿同一方向传播的线偏振光。 这可以让一束线偏振光通过波片来实现。
4)当Δφ 取除±kπ 以及±(2k+1)π/2且Ax=Ay之外的值,光
矢量E的矢端的轨迹是一个椭圆。椭圆偏振光也有右旋和左 旋之分。
正椭圆偏振光。长、短轴分别与X、Y轴重合。
1
当 0<< 时,为右旋椭圆偏振光; 当 << 2 时,为左旋椭圆偏振光; ( 2 k 1) 且 A x A y 时, 是 特别地,当 2
把一个起偏器透振方向与1/4波片的光轴成450 组成的器件,称为圆偏振器或圆起偏器。
17
总结:
偏振态
E x Ax cos(t kz) E y Ay cos(t kz )
当Δφ 取不同值时,光振动有不同的状态,这就是光的 偏振态。 光的偏振态有:圆偏振,椭圆偏振,线偏振,自然光 和部分偏振光。前3种可以说是纯偏振态。
E 2Ex E y E 0 A A Ax A y
2 x 2 x

椭圆偏振光圆偏振光

椭圆偏振光圆偏振光

2.3 光纤的光学特性
光纤的光学特性有折射率分布、最 大理论数值孔径、模场直径及截至波 长等。
1.折射率分布
光纤折射率分布,可用下式表示:
n2 n1 1 2(r / a)

d 1/ 2

其中,n1为纤芯折射率,n2为包层折射率,a为芯半径,r为 离开纤芯中心的径向距离,Δ为相对折射率差,Δ=(n1 − n2 )/
因此,对于给定波长,单模光纤的芯径要比多模光纤小。 例如,对于常用的通信波长 (1550 nm),单模光纤芯径为 8~12 mm,而多模光纤芯径 > 50 mm。
2. 按光纤截面上折射率分布分类
按照截面上折射率分布的不同可以将光 纤分为阶跃型光纤 (Step-Index Fiber, SIF) 和渐变型光纤 (Graded-Index Fiber, GIF),其折射率分布如图所示。
光纤的数值孔径(NA)是一个小于1的无量纲的数,其值通常
在0.14到0.50之间。数值孔径对光源耦合效率、光纤损耗、弯曲 的敏感性以及带宽有着密切的关系,数值孔径大有利于光耦合。 但是数值孔径太大的光纤模畸变加大,使得通信带宽较窄。
光纤的数值孔径 – 梯度光纤
折射率分布
1/ 2 0r a n1 1 2(r / a) n( r ) 1/ 2 n ( 1 2 ) n1 (1 ) n2 ra 1
4. 按按套塑(二次涂覆层)分类
按套塑可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼 龙或聚乙烯等塑料套管,光纤在套管内不能自由活动。 松套光纤,就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管, 光纤可以在套管中自由活动。
套塑光纤结构
5. 按光纤的工作波长分类

反射和折射的偏振特性

反射和折射的偏振特性

部分偏振光
部分偏振光
垂直板面的光振动较强
部分偏振光的分解
平行板面的光振动较强
完全偏振光
向 传播方
面 振 动
面对光的传播方向看
光振动垂直板面
光振动平行板面
偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变化
自然光
线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器,光强发生变化
自然光
线偏振光
.
. . . .
Wr 2 Wt n2 cos 2 2 t R = =r ; T = Wi n1 cos 1 Wi
1)自然光的反射、折射特性 根据前面有关反射率和折射率的讨论,在不同入射角 的情况下,自然光的反射、折射和偏振特性如下: ①自然光正入射(1= 00)和掠入射界面(1 900) 时,
自然光反射率的变化规律为: (ⅲ)当1=B时,由于Rp=0,Pr=l,所以反射光为完全 偏振光。例如,光由空气射向玻璃时,布儒斯持角为
n2 B = arctan =560 40 n1
由反射率公式可得 Rs=15%,因此,反射光强
1 I r =Rn I i = (Rs +Rp )I i =0.075 I i 2
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器,光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器,光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
1. 偏振度
为便于研究,可将任意光矢量视为两个正交分 量(例如,s 分量和 p 分量)的组合,因此,任意 光波能量都可表示为
W Ws Wp
①在完全非偏振光中,Ws Wp ; ②在部分偏振光中, Ws Wp ; ③在完全偏振光中,或 Ws 0 或 Wp 0 。 偏振度的定义是,在部分偏振光的总强度中完全偏振 光所占的比例,即
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格林定理 V ds div Vd
divF F
斯托克斯公式


E


B t
D
B 0


V dl rotV dσ
c

磁通变化-》环形电场
rot F F
i j k x y z
Engineering Optics Dr. F. Guo QTECH Spring 2016
Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.2 积分形式的麦克斯韦方程组
AD ds V d V
上式是高斯定律的常用形式。右端被积量是空间自由电荷 密度,积分域是某一体积V,积分值是该体积内的总自由电荷密 度。
Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.2 积分形式的麦克斯韦方程组
AD ds V d V
D.ds: 流过面元ds的电通量,积分表示自体积内部通过封闭曲面向外流出的 电通量,其数量等于上式右端的总自由电荷. --空间自由电荷密度
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Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.2 积分形式的麦克斯韦方程组
CH dl

A
J

D t
ds
麦克斯韦-安培定律 H : 磁场强度, H = B/, : 磁导率
J : 电流密度, J.ds 流过面元ds的电流强度. D :位移电流密度
t
电流产生环形磁场
单位
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Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.1 电磁场的基本认识
1:静电场、静磁场及其表现 在静止电荷周围有静电场,在恒定电流周围有静磁场。
电场的表现为:处在电场中的带电物质要受到电场力的作 用,这个力的大小和方向与描述电场的物理量—电场强度E有 关。
电场强度 E: V/m, N/C; 磁感应强度 B: T, Wb/m2, N/(A. m); 电通密度 D: C/m2; 磁场强度 H: A/m
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Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.3 微分形式的麦克斯韦方程组
§8.1 电磁场基本方程– Maxwell Equation
光的电磁理论的提出是人们在电磁学方面已有 了深入研究的结果。1864年麦克斯韦把电磁规律总 结为麦克斯韦方程组,建立起完整的经典电磁理论, 同时指出光也是一种电磁波,从而产生了光的电磁 理论。到目前为止,它仍然是阐明大多数光学现象 以及掌握现代光学的一个重要基础。
Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.2 积分形式的麦克斯韦方程组
AB ds 0
磁场高斯定律, 而右端恒为零。这意味着流入和流出任一封闭曲面的 磁通量永远相等,磁场没有起止点。 右端不出现类似电荷的“磁荷”项, 是因为迄今没有在实验上找到单独的磁荷
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电位移矢量起止于存在自由电荷的地方 磁场无起止点


H

J
Байду номын сангаас

D t
位移电流同普通电流皆可产生环形电场
散度和旋度描述考察点周围场的方向和大小是如何随空间变化的。 一个矢量在某点的散度表征了该点产生或吸收这种场的能力。 一个矢量在某点的旋度表征了场在该点周围的旋转情况。
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D: 描述电场的量,称为电通密度(矢量)或电位移(矢量)
D 0E P
E: 媒质中的电场强度 0: 真空的介电常数, P: 是电极化强度(矢量), 对空气, 玻璃等 P = 0
D 0 (1 )E 01 1 1
相对介电常数,
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Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.2 积分形式的麦克斯韦方程组
cE

dl

A
B t

ds
E -- 电场强度; B – 磁感应强度
变化的磁场可以产生电场,电场不—定要由电 荷产生,变化的磁场产生电场, 是法拉第电磁感应 定律的—个形式。式中的负号表示出变化磁场所产 生的电场具有阻碍磁场变化的趋势。
Chapter 8 光的电磁理论基础
第8章 光的电磁理论基础 §8.1 电磁场基本方程 §8.2 光波在介质界面上的反射和折射 §8.3 光波的偏振特性 §8.4 光波的叠加
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Chapter 8 光的电磁理论基础
空气与玻璃等满足均匀、各向同性、透明、无源媒质
均匀、各向同性:,,与位置无关。 透明: =0, J = 0。 无源:=0。
Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.4 物质方程

JD
E E
H

1
B

电导率; 介电常数; 磁导率
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Chapter 8 光的电磁理论基础
§8.1.5 均匀、各向同性、透明、无源媒质中电磁波
磁场的表现为:处在磁场中的带电物质要受到磁场力的作 用,这个力的大小和方向与描述磁场的物理量—磁感应强度B 有关。
电场和磁场由带电物质及其运动产生,并通过对带电物质 的作用而表明其存在。
2:电磁场是矢量场:E和B都是矢量
3:电荷做加速运动时,所产生的电磁场将随着时间变化, E 和B不仅是位置坐标的函数,还是时间的函数。
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