偏振光导航传感器ppt课件

迎着光线看
光矢量顺时针旋转─右旋光； 光矢量逆时针旋转─左旋光；
右旋圆 偏振光
.
左旋椭圆 偏振光
11
椭圆偏振光和圆偏振光都属于完全偏振光。
.
12
14.2 起偏和检偏
自然光不是偏振的，那么我们如何获得偏振光呢？
这完全类似于曾经遇到过的问题，自然光不是 相干光，如何用人工方法获得相干光？
一、 起偏器
可以看成是自然光和线偏振 光的混合。
如果在垂直于光传播方向的平面内各方向都有 光振动，但是各方向的振幅大小不同，存在一个占 优势的振动方向，我们把这种光称为部分偏振光。
部分偏振光的表示法：
··
·· ····
平行板面的
垂直板面的
光振动较强
光振动较强
.
9
4.椭圆和圆偏振光
除了以上光的三类基本偏振状态之外，还有一 种完全偏振光叫做椭圆偏振光。
为解决这个问题，阿喇果在1812 年发明了平板堆起偏器。
这种器件在可见光区用玻璃板制
作，在红外区用氯化银板，在紫外区
用石英或者是石英玻璃。用十片左右
的显微镜载玻片，就可以做成一个粗
糙的玻璃片堆。
.
40
• • • • • • i0
• • • •• •• • •
0
i0
•
•
•
• • •• •
n1
n2
•
玻璃片堆 (约15层)
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2. 二向色性晶体起偏器
二向色性起偏器本身在物理上是各向异性的， 这种各向异性是不对称的根源，使它表现出对一个 电场分量产生强烈的不对称吸收（或选择吸收）， 而对另一个分量却基本透明。这就是广义的二向色 性。
有一些天然材料，由于它们的晶体结构的各向 异性，本身表现出二向色性─沿晶体的不同方向光 学性质不同，并且与波长有关。因而这种晶体看上 去是带色的，垂直于光轴看是绿色的，沿着光轴方 向看差不多是黑色的。（二向色性这个词的来源意 味着两种颜色）

能够形成这样功能的材料有天然的（比如晶体）和人工制造的。
一种人造偏振片原理是，将聚氯乙烯薄膜沿一个方向拉伸，然后在 碘的溶液中浸泡，干燥后就可以成为偏振片。
光 轴
偏振片中可以透过电矢量的方向称做偏振片的光轴。
光
学
第六章 偏 振
第一节 光的五种偏振态
3．五种偏振光入射到偏振片后出射光情况
线偏振光：设入射光的振动方程为 EAcost
对于部分偏振光，定义偏振度的概念：
P IMAX IMIN IMAX IMIN
自然光：当自然光入射到偏振片上时，随着偏振片旋转，出射光的光强 不发生变化，与圆偏振光相似。
可以证明，出射光强是入射光强的一半：
I
1 2
I0
光
学
第六章 偏 振 第二节 光在电介质表面折射和反射
本节要讨论的问题是 ➢ 光在电介质表面折射和反射的电磁学本质 ➢ 光在电介质表面折射和反射时能量的传递 ➢ 光在电介质表面折射和反射时偏振的变化 ➢ 光在电介质表面折射和反射时位相的变化
光
学
第六章 偏 振 第二节 光在电介质表面折射和反射
1. 菲涅耳反射、折射公式
设一光波从折射率为n1的介质入射
到折射率为n2的介质，考察光波经界 面反射、折射后，光波的的电磁矢量在
P1
P1’
界面处的比例。
因为光波是横波，所以光波的电磁
n1
矢量垂直于传播方向，处在与光波垂
直的平面P内。
o
在P平面内的电矢量总可以分解
入射光强为 I A2 I0
设偏振方向与偏振片光轴方向夹角为
，则出射的偏振光振动方程为
E A c o sc o st
偏振方向与偏振片光轴一致
光轴方向

解 设两束单色自然光的强度分别为 I10 和 I 20 .
经过起偏器后光强分别为 I 10 和 I 20 22
.
经过检偏器后 I1I210co2s30
I2
I20co2s60 2
I1I2 II1 20 0c co o2 23 6ss0 01 3
三、布儒斯特定律
ii
n1
空气
n2
c ── 溶液的浓度
“量糖计”
旋光现象
三、旋光物质的分类
1、右旋物质：面对着光源观察，使光振动面的旋转 为顺时针的旋光物质。（如葡萄糖）
2、左旋物质：面对着光源观察，使光振动面的旋转 为逆时针的旋光物质。（如果糖）
谢谢！
第三节、光的偏振
E
B
①E、B都垂直于传播方向x(是横波)，且互相垂直，
②电磁波在真空中以光速传播。 1、光矢量
引起感光作用和生理作用的主要是E矢量，常用E代表光 波的振动方向，把E矢量称为光矢量。
光的波动性 光波是横波
机械横波与纵波的区别
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
机 械 波 穿 过 狭 缝
i0
四、光的双折射
一 双折射的寻常光和非寻常光
折射定律
i
双折射现象
方解石晶体
n
玻璃
sin i n 恒量
sin
波 动动光光学学
光通过双折射晶体
寻常光线（o光）(ordinary rays)
服从折射定律的光线 非常光线（e光）(extraordinray rays)
不服从折射定律的光线 （一般情况，非常光线不在入射面内）
偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片。
偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只 让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的 偏振化方向。

平面内沿单一方向振动的光
线偏振光表示法
叫线偏振光 （也称平面偏振光）。
• • • •
.
4
3.部分线偏振光
完全偏振光和自然光是两种极端情形，介于二者之 间的一般情形是部分偏振光。
x z 在纸面内的光振动较强 y
垂直纸面的光振动较强
部分偏振光及其表示法
部分偏振光可以看成自然光和线偏振光的混合。
.
5
椭圆偏振光,圆偏振光----同一方向传播的两列振动
法 拉 弟 发 现 ， 许多物质在磁 场的作用下可
Ｈ
使穿过它的平
面偏振光的偏
振方向旋转
（在光的传播
方向上加上强
磁场时）
d
.
42
利用法拉第效应测磁场 实验装置图
调制电压
起
起
偏
偏
器
器
恒定磁场
.
43
这样，为了获得更大的法拉弟效应，可以将放 在磁场中的法拉弟材料做成平行六面体，使通 光面对光线方向稍偏离垂直位置，并将两面镀 层反射膜，只留入口和出口，这样，若光束在 其间反射 N次后出射，则有效旋光厚度为 N ，
入射 电磁波
线栅起偏器
用偏振片起偏, 在忽略偏振片的吸收的情况下
y x
z z
出射光强
I
1 2
I0
.
10
二、检偏
用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称“检偏”。 偏振片既可“起偏”又可“检偏”。
设入射光可能是自然光、线偏振光 或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？
P
以光线为轴转动P:
自然光 线偏振光
待检光
部分偏振光 ?
I
I 不变—？
I 变，有消光—？

偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上 时，它只让某一特定方向的光通过，这个方 向叫此偏振片的偏振化方向 .
起 偏
I0
起偏器
1 2
I
0
偏振化方向
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光 I0
....
检偏器
.
光强不变I = I0 /2
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光波是横波
光的偏振 .
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
一 自然光 偏振光
自然光 ：一般光源发出的光，包含各
个方向的光矢量在所有可
能的方向上的振幅都相等 .
v
注意
二互相垂直
方向是任选的 .
各光矢量间无固定的 相位关系 .
E
符号表示
偏振光（线偏振光） 光振动只沿某一固定方向的光 .
E
v
偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片 .
六角形长 对角线方 向为光轴
E
自然光 入射
线偏振 光出射
1mm厚的电气石晶体 可把垂直于光轴振动 的光矢量全部吸收！
人造偏振片：透明聚乙 烯淳片，强烈吸收某一 方向上的光振动，透射 光成为线偏振光。
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振动面
符号表示
部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之 垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振 光.
符号表示
平行纸面内强 垂直纸面内强
圆偏振光和椭圆偏振光
椭圆（圆）偏振光： 光矢量绕着光的传播方向旋 转，其旋转角速度对应光的角频率；对着光的传播 方向看去, 光矢量端点的轨迹是一个椭圆(圆)。

验证马吕思定律的实验装置：
P1
Ecosq
q P2
光电接收器 (Photoelectric receiver)
检偏器 (Analyser)
自然光 (Natural light) 起偏器(Polarizer)
22
检 偏
起偏器
检偏器
23
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
....
.
检偏器
24
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
§15－1 偏振光概述
一、偏振光与自然光
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。各个方向上光振动振幅相
同的光，称为自然光。可用两个振动方向垂直的、强度相等的、位相 关系不确定的光矢量表示。
可以利用玻璃片来获得线偏振光，只用一片玻璃的缺点： 以布儒斯特角入射时，反射光虽为线偏振光，但强度 太小 透射光的强度虽大，但偏振度太小
为解决这个矛盾，让光通过由多片玻璃叠合而成的倾斜 的片堆，并使入射角等于布儒斯特角，经过多次的反射 和折射，既能获得较高的偏振度，光的强度也比较大。
9
• ••
1.0
•• • •• •
部分偏振光：偏振光 通过偏振片后，在转 动偏振片的过程中， 透射光强度发生变化。
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5、马吕斯定律
马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )
✓ 法国物理学家及军事工程师。出生于 巴黎 ✓ 1808年发现反射光的偏振，确定了偏 振光强度变化的规律 ✓ 1810年被选为巴黎科学院院士，曾获 得过伦敦皇家学会奖章 ✓ 1811年，他发现折射光的偏振