《大学物理光学1-3》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理光学1-3（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 波动光学基础1.1 光是一种电磁波 *1.2 光波的函数表述 *1.3 光的偏振态自然光与偏振光1.4 实际光波与理想光波 *1.5 光在介质界面的反射与折射第1章 波动光学基础2. 自然光1. 完全偏振光 3. 部分偏振光1 波动光学基础1.3 光的偏振态4. 波函数中的偏振态信息偏振态：光矢量在垂直于传播方向的平面内可能存在的不同振动状态偏振面（振动面）：振动方向（光矢量方向）与光传播方向构成的平面偏振态分类：完全偏振（线偏振、圆偏振、椭圆偏振），非偏振，部分 偏振1.3 自然光与偏振光定 义偏振面偏振面光矢量光矢量1 波动光学基础特点：光振动限于某一确定的平面内，光矢量在垂直于传播方
2、向的平面 内的投影为一直线 说明：线偏振光也可看作是振动方向正交、相位相同或相反的两个线偏 振光的合成 (1) 平面偏振光（线偏振光） 1.3 自然光与偏振光1.3.1 完全偏振光图1.3-1 线偏振光（平面偏振光）xyAxAAyAy-AxA同相反相 O竖直偏振水平偏振1 波动光学基础(2) 圆偏振光 特点：偏振面相对于传播方向随时间以圆频率w 旋转，其光矢量末端的轨迹位于一个圆形螺线上，并且在垂直于传播方向的平面上的投影构 成一个圆。 左旋圆偏振光：迎着光传播方向观察时，光矢量沿逆时针旋转。1.3.1 完全偏振光1.3 自然光与偏振光1 波动光学基础右旋圆偏振光：迎着光传播方向观察时，光矢量
3、沿顺时针旋转。 1 波动光学基础 1.3 自然光与偏振光1.3.1 完全偏振光(3) 椭圆偏振光 特点：偏振面相对于传播方向随时间以圆频率w旋转，其光矢量末端的轨迹位于一个椭圆形螺线上，并且在垂直于传播方向的平面上的投影 构成一个椭圆。 左旋椭圆偏振光：迎着光传播方向观察时，光矢量沿逆时针旋转。右旋椭圆偏振光：迎着光传播方向观察时，光矢量沿顺时针旋转。左旋右旋p/2-p/2p/4-p/43p/4-3p/4d=02pp (-p)图1.3-3 椭圆偏振光1.3.1 完全偏振光1.3 自然光与偏振光1 波动光学基础 线偏振光和圆偏振光只是椭圆偏振光的两种特殊形式。若两个正交振 动的振幅相等，相位差等
4、于p/2的奇数倍，则椭圆偏振光变为圆偏振光；若两个正交振动的相位差等于p 的整数倍，则椭圆偏振光变为线偏振光。说明： 椭圆偏振光可以看作是振幅不相等、振动方向正交、相位差恒定的两个同频率线偏振光的合成。其中正号对应右旋，负号对应左旋。 圆偏振光可以看作是振幅相等、振动方向正交、相位相差p/2的两个同频率线偏振光的合成。其中正号对应右旋，负号对应左旋。1.3.1 完全偏振光1.3 自然光与偏振光1 波动光学基础任一原子或分子的任一次辐射波列都具有恒定的振动方向一列 振动面确定的线偏振光时间分布的均匀性表明各个光矢量的初相位取0到2p之间的任意值空间分布的均匀性表明光矢量的偏振面包含各种方向且各个
5、方向的平 均大小相同光源的发光机制：1.3 自然光与偏振光1.3.2 自然光(完全非偏振光)1 波动光学基础自然光：偏振面具有各种不同取向且相位随机分布的平面偏振光之集合说明：自然光实际上可分解成两个强度相等、振动方向正交但相位各自随 机变化的线偏振光 注意：构成自然光的两个线偏振光分量的相位各自独立地随机变化，因此 不能再合成为一个单一矢量 1.3.2 自然光(完全非偏振光)1.3 自然光与偏振光图1.3-4 自然光及其分解(a) 自然光的电矢量yx(b) 电矢量的分解yxA1A2O1 波动光学基础特点：光振动强度沿两个正交方向的时间平均值不相等，并且在某一方向取 极大值Imax时，其正交方
6、向正好取极小值IminP=0：自然光P=1：线偏振光0P1：部分偏振光偏振度： 构成部分偏振光的两正交振动的相位却各自随机变化说明： 自然光是部分偏振光的特殊表现形式 构成椭圆偏振光的两个正交振动有恒定的相位差1.3 自然光与偏振光1.3.3 部分偏振光 图1.3-5 部分偏振光及其分解(a) 部分偏振光电矢量yx(b) 电矢量的分解yxA1A2O1 波动光学基础偏振态是光的重要特征状态参数之一。偏振态的描述有唯象和解析两种方式，解析描述使用波函数。也 就是说，波函数中包含了光的偏振信息。 依据“光的偏振态是光矢量末端的空间轨迹”，可以解读波函数中 包含的偏振状态信息 (1)光矢量末端的空间轨
7、迹方程设，光波沿z轴方向传播则，1 波动光学基础1.3.4 波函数中的偏振态信息1.3 自然光与偏振光 若以表示E矢量与x轴正向所成的角，则有 显然, 的大小，即E在xy平面内的指向将随位置z和时间t 而变化。 讨论: 的时空依赖关系 =0 时: 时: 1 波动光学基础1.3 自然光与偏振光1.3.4波函数中的偏振态信息 时: 时: 其实, 光矢量末端的空间轨迹注意： 的末端坐标是 随时空变化的关系满足方程：1 波动光学基础1.3 自然光与偏振光1.3.4波函数中的偏振态信息1 波动光学基础1.3 自然光与偏振光1.3.4波函数中的偏振态信息注意：图中偏振光的旋转方向是迎着光线传播方向看到的。 依据光矢量末端的空间轨迹方程，分析线偏振光、左旋圆偏 振光、右旋圆偏振光、左旋椭圆偏振光、右旋椭圆偏振光的 条件/判据。 一束在真空中传播、以国际单位制表示的的平面光波的电场 （V/m）为 .请确切写出其：振幅、频率、波长、传播方向。 .请确定其偏振状态（类型和方向）。作业三:1 波动光学基础1.3 自然光与偏振光1.3 自然光与偏振光本节重点1. 平面偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光、 部分偏振光的特点及区别2. 波函数中偏振光信息的解读偏振状态的判断1 波动光学基础
