第六章偏振晶体中光传播
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复习提纲第一章光和光的传播说明:灰色表示错误。
§1、光和光学判断选择练习题:1. 用单色仪获得的每条光谱线只含有唯一一个波长;2. 每条光谱线都具有一定的谱线宽度;3. 人眼视觉的白光感觉不仅与光谱成分有关,也与视觉生理因素有关;4. 汞灯的光谱成分与太阳光相同,因而呈现白光的视觉效果;§2、光的几何传播定律判断选择练习题:1. 光入射到两种不同折射率的透明介质界面时一定产生反射和折射现象;2. 几何光学三定律只有在空间障碍物以及反射和折射界面的尺寸远大于光的波长时才成立;3. 几何光学三定律在任何情况下总成立;§3、惠更斯原理1. 光是一种波动,因而无法沿直线方向传播,通过障碍物一定要绕到障碍物的几何阴影区;2. 惠更斯原理也可以解释波动过程中的直线传播现象;3. 波动的反射和折射无法用惠更斯原理来解释;§4、费马原理1)费马定理的含义,在三个几何光学定理证明中的应用。
判断选择练习题:§5、光度学基本概念1)辐射通量与光通量的含义,从辐射通量计算光通量,视见函数的计算2)计算一定亮度面光源产生的光通量3)发光强度单位坎德拉的定义。
判断选择练习题:1. 人眼存在适亮性和适暗性两种视见函数;2. 明亮环境和黑暗环境的视见函数是一样的;3. 昏暗环境中,视见函数的极大值朝短波(蓝色)方向移动;4. 明亮环境中,视见函数的极大值朝长波(绿色)方向移动;7. 在可见光谱范围内,相同的辐射通量,眼睛对每个波长的亮度感觉都一样;8. 在可见光谱范围内,相同的辐射通量,眼睛对波长为550nm 光辐射的亮度感觉最强;9. 理想漫射体的亮度与观察方向无关;10. 不同波长、相同辐射通量的光辐射在人眼引起的亮度感觉可能一样;填空计算练习题:计算结果要给出单位和正负1、波长为400nm、500nm、600nm 、700nm 的复合光照射到人眼中,已知这些波长的视见函数值分别为0.004、0.323、0.631、0.004,若这些波长的辐射通量分别为1W 、2W 、3W 、4W ,则这些光在人眼中产生的光通量等于。
178第6章 波动光学(Ⅲ)——光的偏振一.基本要求1.理解光的偏振的概念,光的五种偏振态的获得和检测方法; 2.掌握马吕斯定律及其应用;3.掌握反射光和折射光的偏振,掌握布儒斯特定律及其应用; 4.了解光的双折射现象;5.了解偏振光的应用。
二.内容提要和学习指导(一)光的五种偏振状态:自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。
(二)线偏振光的获得和检验 1.线偏振光的获得:①利用晶体的选择性吸收,可以制造偏振片。
偏振片可用作起偏器,也可用作检偏器。
②利用反射和折射偏振。
布儒斯特定律:自然光在两种介质的界面发生反射和折射时,一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光,在反射光中,垂直入射面的光振动较强,在折射光中,平行入射面的光振动较强。
当自然光以布儒斯特角121tan b i n -=入射(或/2i γπ'+=,或反射光线垂直于折射光线)时,反射光是线偏振光,其光振动垂直于入射面,此时折射光仍然是部分偏振光。
③利用晶体的双折射。
一束光射入各向异性介质时,折射光分成两束。
其中一束光遵守折射定律,称为寻常光(o 光)。
另一束光不遵守折射定律,称为非常光(e 光)。
o 光和e 光均是线偏振光。
o 光的振动方向垂直于o 光的主平面,e 光的振动方向在e 光的主平面内。
光线沿光轴方向入射时,o 光和e 光的传播速度相同。
在晶体内,o 光的子波波面为球面波,e 光的子波波面为旋转椭球面,利用惠更斯原理作图,可确定o 光和e 光的传播方向。
利用晶体的双折射现象,可以制造偏振棱镜和波片。
2.线偏振光的检验:①利用偏振片:由马吕斯定律可得,线偏振光经过检偏器后,出射光强I 与入射光强0I 的关系为:α20cos I I =,其中α是入射线偏振光偏振方向和偏振片通光方向的夹角。
②利用反射和折射偏振。
③利用偏振棱镜。
(三)圆偏振光或椭圆偏振光的获得和检验:线偏振光经过四分之一波片后出射的为椭圆偏振光,当平面偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴方向成450角时,出射的为圆偏振光。
光子晶体中的偏振光学效应光子晶体,也称为光学晶体或反射光栅,是一种由周期性介质结构形成的材料。
光子晶体有非常特殊的光学性质,例如能够产生光子禁带的特殊结构。
而在光子晶体中,还存在着一些有趣的偏振光学效应,本文将对其进行介绍。
1. 光子晶体的偏振态转换在光子晶体中,偏振态转换是一个非常重要的现象。
光子晶体有较高的对称性,所以传输光的偏振态主要在两个方向上:一是平行于光子晶体表面,这个方向被称为p偏振;另一个是垂直于表面的s偏振。
当入射光的偏振态与表面垂直时,大部分光会被反射回来,这是普通表面反射的现象;而当入射光的偏振态与表面平行时,却会将光子晶体内部的电磁波模式激发出来。
这种转换现象被称为布喇格反射。
此外,在光子晶体内部也存在着偏振态转换现象。
当p偏振光射入光子晶体时,会转换为s偏振光;同样地,入射s偏振光也会转换为p偏振光。
这种现象被称为偏振态交叉。
偏振态交叉在某些光学元件中是非常有用的,例如在偏振旋转器中。
2. 偏振禁带的存在光子晶体中还存在一种非常有趣的现象,那就是偏振禁带的存在。
在一个周期性结构中,当介质的折射率变化达到一定条件时,介质会形成一个禁带区域,该区域内的电磁波将无法传播。
类似地,光子晶体结构中也存在这样的偏振禁带区域。
当光线沿着光子晶体结构的周期性方向传播时,入射光与介质结构间的相互作用会导致介质内部产生一个与入射光的偏振态相匹配的偏振状态。
如果介质结构周期性地改变,则会形成一个偏振禁带,区域内的波长与介质结构周期匹配,这些波将被禁止通过,从而产生强烈的反射或反射损失。
3. 偏振光学器件光子晶体中的偏振光学效应为制造光学器件提供了新的思路。
例如,偏振旋转器可以使用光子晶体结构来实现,通过程控介质膜的折射率,可以确定出一个具有特定偏振旋转角的光学器件。
这种器件的工作原理与晶体波片类似,但这种光学器件更灵活,不需要在特定角度使用。
此外,基于光子晶体的光学元件,例如可调偏振器、偏振分束器、偏振敏感检测器等,也被设计出来了。