第12章9,10 光的偏振

1、1機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別機(jī)械波穿過狹縫機(jī)械波穿過狹縫偏振偏振振動(dòng)方向?qū)鞑シ较虻牟粚?duì)稱性振動(dòng)方向?qū)鞑シ较虻牟粚?duì)稱性光的干涉、衍射光的干涉、衍射 光的光的波動(dòng)性波動(dòng)性 光的偏振光的偏振 光波是光波是橫波橫波橫橫波波具具有有偏偏振振性性22符號(hào)表示符號(hào)表示12.9.1自然光自然光 偏振光偏振光 自然光自然光 ：一般光源發(fā)出的光，各個(gè)方向：一般光源發(fā)出的光，各個(gè)方向的光矢量振幅都相等的光矢量振幅都相等 . vE E注意注意 各光矢量間無(wú)固定的相各光矢量間無(wú)固定的相位關(guān)系位關(guān)系 . 任一點(diǎn)的光振動(dòng)可分解成任一點(diǎn)的光振動(dòng)可分解成兩個(gè)相互垂直兩個(gè)相互垂直方向的振動(dòng)方向的振動(dòng).3振動(dòng)面振

2、動(dòng)面 偏振光偏振光（線偏振光）（線偏振光）符號(hào)表示符號(hào)表示光振動(dòng)只沿某一固定方向的光光振動(dòng)只沿某一固定方向的光 .vE E 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振動(dòng)比與之垂：某一方向的光振動(dòng)比與之垂直方向上的光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的光為部分偏振光直方向上的光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的光為部分偏振光 .符號(hào)表示符號(hào)表示4412.9.2偏振片偏振片 起偏與檢偏起偏與檢偏 二向色性二向色性 : 某些物質(zhì)能吸收某一方向的某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng)光振動(dòng) , , 而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過過, , 這種性質(zhì)稱二向色性這種性質(zhì)稱二向色性 . 偏振片偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片涂有

3、二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向偏振化方向 ： 當(dāng)自然光照射在偏振片上當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過，這個(gè)方時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過，這個(gè)方向叫此偏振片的偏振化方向向叫此偏振片的偏振化方向 .55檢偏器檢偏器起偏與起偏與檢偏檢偏起偏器起偏器6 自然光通過起偏器后成為偏振光，這時(shí)旋轉(zhuǎn)偏振自然光通過起偏器后成為偏振光，這時(shí)旋轉(zhuǎn)偏振片就可得到不同方向的偏振光。人眼對(duì)光振動(dòng)的方片就可得到不同方向的偏振光。人眼對(duì)光振動(dòng)的方向不敏感，無(wú)論怎樣旋轉(zhuǎn)偏振片，都感覺不到光強(qiáng)向不敏感，無(wú)論怎樣旋轉(zhuǎn)偏振片，都感覺不到光強(qiáng)的變化。的變化。自然光、偏振光、部分偏振光的檢驗(yàn)自然光、偏振光

4、、部分偏振光的檢驗(yàn) 線偏振光入射，若偏振化方向與線偏振光的振動(dòng)線偏振光入射，若偏振化方向與線偏振光的振動(dòng)方向成方向成90角，則線偏振光將完全不能通過。因此，角，則線偏振光將完全不能通過。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，在視場(chǎng)中就可看到光強(qiáng)的明顯變當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，在視場(chǎng)中就可看到光強(qiáng)的明顯變化，并有消光現(xiàn)象?；⒂邢猬F(xiàn)象。討論討論7部分偏振光入射，則轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，視部分偏振光入射，則轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，視場(chǎng)中光強(qiáng)有變化，但無(wú)消光現(xiàn)象。場(chǎng)中光強(qiáng)有變化，但無(wú)消光現(xiàn)象。偏振片轉(zhuǎn)一周消光線偏光部分偏光強(qiáng)度變，無(wú)消光自然光自然光強(qiáng)度不變透光軸88NM12.9.3 馬呂斯定律馬呂斯定律（1880 年）年）E0Ecos0

5、EE 2020EEII檢偏器檢偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII 馬呂斯定律馬呂斯定律99例例12-13 要使一束線偏振光通過偏振片后振動(dòng)方向轉(zhuǎn)要使一束線偏振光通過偏振片后振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過過90，至少需要讓這束光通過幾塊理想偏振片？在此，至少需要讓這束光通過幾塊理想偏振片？在此情況下，透射光強(qiáng)最大是原來光強(qiáng)的多少倍？情況下，透射光強(qiáng)最大是原來光強(qiáng)的多少倍？解解至少需要兩塊至少需要兩塊理想偏振片理想偏振片(如如圖所示圖所示).其中其中P1透光軸與線偏振光透光軸與線偏振光振動(dòng)方向的夾角為振動(dòng)方向的夾角為，第二塊偏振，第二塊偏振片透光軸與片透光軸與P1透光軸夾角為透光軸夾角為(90).設(shè)入射

6、線偏振光原來的光強(qiáng)設(shè)入射線偏振光原來的光強(qiáng)為為I0，則透射光強(qiáng)，則透射光強(qiáng)22222000coscos (90)cossinsin 24IIII當(dāng)當(dāng)290，即，即45時(shí)，時(shí)， .0max4III101060 補(bǔ)充例補(bǔ)充例 有兩個(gè)偏振片有兩個(gè)偏振片, ,一個(gè)用作起偏器一個(gè)用作起偏器, 一一個(gè)用作檢偏器當(dāng)它們偏振化方向間的夾角個(gè)用作檢偏器當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為為 時(shí)時(shí) , , 一束單色自然光穿過它們一束單色自然光穿過它們, , 出射出射光強(qiáng)為光強(qiáng)為 ； 當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為 時(shí)，另一束單色自然光穿過它們時(shí)，另一束單色自然光穿過它們 , , 出射光強(qiáng)出射光強(qiáng)為為

7、, , 且且 . 求兩束單色自然光的強(qiáng)求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比度之比 .301I2I21II 1111 解解 設(shè)兩束單色自然光的強(qiáng)度分別為設(shè)兩束單色自然光的強(qiáng)度分別為I10 和和 I20 . 經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為 和和220I210I經(jīng)過檢偏器后經(jīng)過檢偏器后,30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021 IIII12 入射面入射面 入射光線和入射光線和法線所成的平面法線所成的平面 . 反射光反射光 部分部分偏振光，偏振光，垂直于入射面的振動(dòng)占垂直于入射面的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。優(yōu)勢(shì)。一、光反射與折射時(shí)的偏振態(tài)一、光反射與折射時(shí)的偏

8、振態(tài)空氣空氣i1ni玻璃玻璃2n 折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的振偏振光，平行于入射面的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。理論和實(shí)驗(yàn)證明理論和實(shí)驗(yàn)證明：偏振化程度與入射角有關(guān)：偏振化程度與入射角有關(guān) .1313二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律（1812年）年）反射光為完全偏振光，反射光為完全偏振光，且振動(dòng)面垂直入射面，且振動(dòng)面垂直入射面，折射光為部分偏振光折射光為部分偏振光,平行于入射面的振動(dòng)占平行于入射面的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。優(yōu)勢(shì)。ntanin201當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，i0i01n玻璃玻璃2n空氣空氣1414( (1) )反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直 .sininsinn021sinin

9、tanicosin02001cosisincos()02i02討論討論0i0i1n玻璃玻璃2n空氣空氣折射定律折射定律:布儒斯特定律布儒斯特定律:比較兩式比較兩式,得得:1515ntancotintani10201 ( (2) )根據(jù)光的根據(jù)光的可逆性可逆性，當(dāng)入射光以，當(dāng)入射光以 角角從從 入射時(shí)，折射角為入射時(shí)，折射角為i0 , 角即為從玻角即為從玻璃到空氣的布儒斯特角璃到空氣的布儒斯特角 ，反射光為線偏振光。，反射光為線偏振光。 2n1n 2n玻玻璃璃0i0i1n玻璃玻璃2n0i1616 對(duì)于一般的光學(xué)玻璃對(duì)于一般的光學(xué)玻璃 , , 反射光的強(qiáng)度約占入反射光的強(qiáng)度約占入射光強(qiáng)度的射光強(qiáng)度

10、的7.5% , , 大部分光將透過玻璃大部分光將透過玻璃. 一般應(yīng)用一般應(yīng)用玻璃片堆玻璃片堆產(chǎn)生偏振光產(chǎn)生偏振光.利用利用玻璃片堆玻璃片堆產(chǎn)生產(chǎn)生線線偏振光偏振光0i三、應(yīng)用三、應(yīng)用 用玻璃片堆獲取偏振光17 在激光器的諧振腔中開有布儒斯特窗，故激光是在激光器的諧振腔中開有布儒斯特窗，故激光是 偏振光。偏振光。 也可用玻璃片作檢偏器。也可用玻璃片作檢偏器。 在強(qiáng)光下攝影時(shí)，反光強(qiáng)烈，為使成像后光線諧在強(qiáng)光下攝影時(shí)，反光強(qiáng)烈，為使成像后光線諧調(diào)、柔和，可在攝影機(jī)前頭加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振調(diào)、柔和，可在攝影機(jī)前頭加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片可減少入射的反射光光強(qiáng)。在雪地，海洋上反片可減少入射的反射光光強(qiáng)。在雪地，海洋上反射光很強(qiáng)，為保護(hù)視力可帶裝有偏振片的眼鏡，射光很強(qiáng)，為保護(hù)視力可帶裝有偏振片的眼鏡，或在望遠(yuǎn)鏡前加偏振片。或在望遠(yuǎn)鏡前加偏振片。1818 補(bǔ)充補(bǔ)充例例: 空氣的折射率空氣的折射率n1=1, 水的折射率為水的折射率為n2=1.33, 一自然光自空氣射向水中一自然光自空氣射向水中, 求布儒斯求布儒斯