偏振光基礎(chǔ)原理2/28/2023光的電磁學(xué)基礎(chǔ)光的偏振2/28/2023光的電磁學(xué)基礎(chǔ)Maxwell方程組電磁波的傳播光波與電磁波2/28/20231.Maxwell方程組1.1Maxwell詹姆斯·克拉克·麥克斯韋，英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家?？茖W(xué)史上，稱牛頓把天上和地上的運(yùn)動(dòng)規(guī)律統(tǒng)一起來，是實(shí)現(xiàn)第一次大綜合，麥克斯韋把電、光統(tǒng)一起來，是實(shí)現(xiàn)第二次大綜合，因此應(yīng)與牛頓齊名。1873年出版的《論電和磁》，也被尊為繼牛頓《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之后的一部最重要的物理學(xué)經(jīng)典。沒有電磁學(xué)就沒有現(xiàn)代電工學(xué)，也就不可能有現(xiàn)代文明。2/28/2023JamesClerkMaxwell1831-18791.2Maxwell方程組2/28/2023

2.電磁波傳播由Maxwell方程我們可以知道電磁波是電磁場(chǎng)的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。電與磁可說是一體兩面，電流會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，變動(dòng)的磁場(chǎng)則會(huì)產(chǎn)生電流。變化的電場(chǎng)和變化的磁場(chǎng)構(gòu)成了一個(gè)不可分離的統(tǒng)一的場(chǎng)，這就是電磁場(chǎng)，而變化的電磁場(chǎng)在空間的傳播形成了電磁波。電磁波為橫波。電磁波的磁場(chǎng)、電場(chǎng)及其行進(jìn)方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變。2/28/2023v0HE圖1.1電磁波傳播

2/28/20233.光波與電磁波

光矢量從波動(dòng)光學(xué)的觀點(diǎn)看，光是極高頻的電磁波。通常所說的光擾動(dòng)或光振動(dòng)是指光的電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁場(chǎng)強(qiáng)度B。由于光許多方面的效應(yīng)主要通過其電場(chǎng)的作用表現(xiàn)出來，所以常把光波的電場(chǎng)強(qiáng)度E（矢量）成為光矢量。光的振動(dòng)可簡(jiǎn)單理解為隨時(shí)間變化和空間變化的光矢量。

光是橫波

由于光波屬于電磁波，光矢量振動(dòng)方向與傳播方向垂直，因此光是一種橫波。

2/28/2023圖1.2橫波振動(dòng)與傳播方向垂直光的偏振偏振現(xiàn)象相干偏振非相干偏振2/28/20231.偏振現(xiàn)象1.1什么是偏振定義：偏振是指波在與傳播方向垂直的某些方向上振動(dòng)較強(qiáng)，而另一些方向（通常是垂直方向）則較弱甚至沒有振動(dòng)的現(xiàn)象。1.2光波具有偏振性光波是橫波，在與光傳播方向相垂直的方向上光矢量的振動(dòng)強(qiáng)度存在不均勻現(xiàn)象。所以光波具有偏振性。最常見的偏振光有五種自然光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光、線偏振光。2/28/2023圖2.1馬呂斯

2/28/2023圖2.2線偏振

2/28/2023

2/28/2023

2/28/2023(2.6)(2.5)(2.7)

2/28/2023(2.8)(2.9)(2.10)

2/28/2023(2.11)

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2.2不相干偏振當(dāng)偏振光的X，Y分量相位有固定關(guān)系時(shí)，合成的光矢量為線偏振，圓偏振及橢圓偏振。當(dāng)相位無固定關(guān)系時(shí)，合成的光矢量為自然光和部分偏振光（1）自然光一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、無固定相位關(guān)系的線偏振光。2/28/2023沒有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解（2）部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、無固定相位關(guān)系的線偏振光。2/28/2023部分偏振光的分解部分偏振光補(bǔ)充什么是偏振定義：偏振是指波在與傳播方向垂直的某些方向上振動(dòng)較強(qiáng)，而另一些方向（通常是垂直方向）則較弱甚至沒有振動(dòng)的現(xiàn)象。光是怎么樣產(chǎn)生的？2/28/2023怎么理解？？光的波粒二象性光既是一種粒子，也是一種波。在不同的條件下表現(xiàn)出不同的特性。光具有波粒二象性。光的產(chǎn)生電子在不同能級(jí)之間的躍遷會(huì)產(chǎn)生不同頻率的光，每次都是一份份的發(fā)出的。稱為光量子。因此，初始狀態(tài)的每份光振動(dòng)方向不同，是隨機(jī)分布的?？衫貌煌墓庠串a(chǎn)生不同狀態(tài)的光。2/28/2023愛因斯坦光量子發(fā)射示意圖電子躍遷22正交分解：一對(duì)互相垂直，互相獨(dú)立，振幅相等的光振動(dòng)無固定相位差,所以是非相干疊加xyu一束光包含大量獨(dú)立的光波列，每個(gè)波列的光矢量振動(dòng)（變化）方向各異，由于是矢量，我們總可以把這些矢量分解到任意兩個(gè)相互正交方向上再進(jìn)行合成。這就是光的正交分解。這樣處理后得到的自然光就攜帶了兩個(gè)相互正交的合成光振動(dòng)。由于均勻，這兩個(gè)合成光振動(dòng)度強(qiáng)度相同。光的產(chǎn)生機(jī)制統(tǒng)計(jì)特性自然光：在垂直于光傳播方向的平面上，光矢量在各個(gè)可能方向上的取向是均勻的，光矢量的大小、方向具有無規(guī)律性變化，這種光稱為自然光，也稱為完全非偏振。

2/28/2023..............電燈太陽部分偏振光：光波包含一切可能方向的橫振動(dòng)，但