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1、2.5 反射率和透射率的偏振特性,1. 偏振度,前面讨论了平面光波控其光矢量端点的变化轨迹定义的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的偏振持性。,实际上，由普通光源发出的光波都不是单一的平面波，而是许多光波的总和：它们只有一切可能的振动方向。,1. 偏振度,如果由于外界的作用，使各个振动方向上的振动强度不相等，就变成部分偏振光。如果光矢量有确定不变的或有规则变化的振动方向，则称为完全偏振光。部分偏振光可以看作是完全偏振光和自然光的混合，而完全偏振光若不特别说明，都是指线偏振光。,自然光（完全非偏振光）,部分偏振光,1. 偏振度,完全偏振光,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光
2、通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,两偏振片的偏振化方向相互垂直，光强为零。,偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,.,.,.,.,.,检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然
3、光,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,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,在完全非偏振光中， ； 在部分偏振光中， ； 在完全偏振光中，或 或 。,1. 偏振度,为表征光波的偏振特性，引入偏振度 P。偏振度的定
4、义是，在部分偏振光的总强度中完全偏振光所占的比例，即,1. 偏振度,偏振度还可以表示为,对于完全非偏振光，P = 0； 对于完全偏振光，P = l； 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。,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. 偏振度,2反射和折射的偏振特性,通常，rs rp ， ts tp，因此，反射光和折射光的偏振状态相对入射光发生变化。即使入射光是线偏振光，其反射光和折射光的振动方向也会发生变化。,1）自然光的反射、折射特性,由于入射的自然光能量 且,自然光的反射率为,相应的反射光偏振度为,折射光的偏振度为,1）自然
5、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：,自然光正入射(1= 00)和掠入射界面(1 900)时，,因而,即反射光和折射光 仍为自然光。,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。,自然光正入射界面时，反射率为,例如： (a)光由空气（n1=1）正入射至玻璃（n2=1.53）时， Rn=4.3%； (b)正入射至红宝石（n=1.769）时，Rn=7.7%； (c)正入射至锗片（n3=4）时，Rn =36%。,自然光斜入射至界面上时，反射率为,自然光斜入射至界面上时，
6、反射率为,随着入射角的变化，自然光反射率的变化规律为：,()光由光疏介质射向光密介质 (例如，由空气射向玻璃) 时，由图可见，在 1 450 时，随 1 的增大，Rn 较快地变大。,()光由光密介质射向光疏介质时，在入射角大于临界角范围内，将发生全反射。,由反射率公式可得 Rs=15，因此，反射光强,()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,这说明反射光为偏振光，但反射光强很小。,所以透射光的偏振度为,因此，透射光的光强很大（It=0.925Ii），但偏振度很小。,()当 1=B 时，对于透射光，因 Irp= 0，有 Itp
7、= Iip。又由于入射是自然光，有 Iip= 0.5Ii。进一步，因为,1=B 时，反射光只有s 分量,B 布儒斯特角或起偏角,n1,n2,1,2,自然光反射和折射 后产生部分偏振光,n1,n2,B,2,线偏振光,S,起偏振角,自然光反射率的变化规律为：,要想通过单次反射的方法获得强反射的线偏振光、高偏振度的透射光是很困难的。在实际应用中，经常采用“片堆”达到上述目的。“片堆”是由一组平行平面玻璃片叠在一起构成的。,自然光反射率的变化规律为：,在激光技术中，外腔式气体激光器放电管的布儒斯待窗口，就是上述“片堆”的实际应用。,自然光反射率的变化规律为：,2）线偏振光反射的振动面旋转,一束线偏振光
8、入射至界面，由于垂直分量和平行分量的振幅反射系数不同，相对入射光而言，反射光的振动而将发生旋转。,例如，一束入射的线偏振光振动方位角ai=450，则其平行分量和垂直分量相等，即 。若如图所示，该光的入射角 1=400。则 s 分量和 p 分量的振幅反射系数分别为 rs=-0.2845，rp=0.1245，反射光中二分量的振幅分别为,2）线偏振光反射的振动面旋转,相对入射光而言，振动面远离入射面。,2）线偏振光反射的振动面旋转,因此，反射光的振动方位角为,对于折射光，由于其 s 分量和 p 分量均无相位突变，且 ，所以 at 450，即折射光的振动面转向入射面。,2）线偏振光反射的振动面旋转,2）线偏振光反射的振动面旋转,一般情况下，反射光和折射光的振动方位角可由下式分别求出：,假设方位角的变化范围是从 - / 2 到 / 2。利用菲涅耳公式可以直接得到,2）线偏振光反射的振动面旋转,由于 ，所以有,对于反射光，当1= 0 或1 = / 2，即正入射或掠入射时，(163)式中的等号成立，在一般入射角时，振动面远离入射面； 对于折射光，当1=0 ，即正入射时，(164)式中的等号成立，在一般入射角时，振动面转向入射面。,2）线偏振光反射的振动面旋转,
反射和折射的偏振特性.ppt
