第12章波動(dòng)光5偏振xue

1、12-5 12-5 光的偏振光的偏振 12-5-1 自然光與偏振光光是一種電磁波（橫波）。電矢量光是一種電磁波（橫波）。電矢量 與磁矢量與磁矢量 相相互垂直，它們分別又與電磁波的傳播方向垂直。互垂直，它們分別又與電磁波的傳播方向垂直。ehve光振動(dòng)：光振動(dòng)：電磁波的電磁波的 振動(dòng)。振動(dòng)。e光矢量：光矢量：電磁波的電磁波的 矢量。矢量。e偏振：偏振：光是橫波，而橫波對(duì)于傳播方向的軸來(lái)說(shuō)光是橫波，而橫波對(duì)于傳播方向的軸來(lái)說(shuō) 不具備對(duì)稱性，這種不對(duì)稱性就叫做偏振。不具備對(duì)稱性，這種不對(duì)稱性就叫做偏振。 只有橫波才具有偏振的性質(zhì)。實(shí)際光波的橫只有橫波才具有偏振的性質(zhì)。實(shí)際光波的橫 波性表現(xiàn)得很復(fù)雜。波

2、性表現(xiàn)得很復(fù)雜。振動(dòng)面：振動(dòng)面：振動(dòng)方向和傳播方向決定的平面稱為振振動(dòng)方向和傳播方向決定的平面稱為振 動(dòng)面。動(dòng)面。1 1線偏振光線偏振光 光的振動(dòng)方向始終在一個(gè)平面內(nèi)，且沿一個(gè)確定方向，光的振動(dòng)方向始終在一個(gè)平面內(nèi)，且沿一個(gè)確定方向，也稱平面偏振光。也稱平面偏振光。. . . . . . . . .eeyex yx coseex 線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解y sineey vv 在垂直于光傳播方向的二維平面內(nèi)，各個(gè)方向的光振在垂直于光傳播方向的二維平面內(nèi)，各個(gè)方向的光振動(dòng)出現(xiàn)的概率相同，稱這種光為動(dòng)出現(xiàn)的概率相同，稱這種光為自然光自然光。 原子發(fā)光是隨

3、機(jī)的，在普通光源中不同原子發(fā)出的原子發(fā)光是隨機(jī)的，在普通光源中不同原子發(fā)出的光波列，它們的頻率、初相位、振動(dòng)面、傳播方向及波光波列，它們的頻率、初相位、振動(dòng)面、傳播方向及波列長(zhǎng)度都可能不同。列長(zhǎng)度都可能不同。v. . . . . . . . . . . .垂直圖面射出的垂直圖面射出的自自然光沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向然光沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解自然光的分解一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、的、不相干不相干的線偏振光。的線偏振光。這兩線偏振光的光強(qiáng)等于自這兩線偏振光的光強(qiáng)等于自然光光強(qiáng)的一半。然光光強(qiáng)的一半。yxiii iyxii2 結(jié)論：結(jié)論：

4、自然光可以看成是兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直的自然光可以看成是兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直的強(qiáng)度相等的線偏振光。強(qiáng)度相等的線偏振光。注意：注意：1.自然光中這兩個(gè)相互垂直的線偏振光之間沒(méi)自然光中這兩個(gè)相互垂直的線偏振光之間沒(méi)有有 固定的相位關(guān)系；固定的相位關(guān)系；2.自然光分解為兩個(gè)相互垂直的成分是任意的，自然光分解為兩個(gè)相互垂直的成分是任意的， 也可以沿另外兩個(gè)相互垂直的方向分解；也可以沿另外兩個(gè)相互垂直的方向分解；3.自然光對(duì)于傳播方向具有軸對(duì)稱性。自然光對(duì)于傳播方向具有軸對(duì)稱性。三三. . 部分偏振光部分偏振光：介于介于線偏振光線偏振光和和自然光自然光之間。不同之間。不同 方向振幅不同。方向振幅不同。部分

5、偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光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、的、不相干不相干的線偏振光。的線偏振光。平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)四四.圓偏振光和橢圓偏振光：圓偏振光和橢圓偏振光：略略 ：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振動(dòng)，而：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振動(dòng)，而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)，這個(gè)方向稱為只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)，這個(gè)方向稱為偏振化偏振化方向方向。稱這些薄膜為偏振片。稱這些薄膜為偏振片。 自然光通過(guò)偏振片后變自然光通過(guò)偏振片后變?yōu)榫€

6、偏振光，稱為為線偏振光，稱為。自自然然光光線線偏偏振振光光偏振片偏振片 偏振片又可用來(lái)檢驗(yàn)光線偏振片又可用來(lái)檢驗(yàn)光線的偏振化程度，稱為的偏振化程度，稱為。一、起偏與檢偏一、起偏與檢偏12-5-2 12-5-2 偏振片偏振片 馬呂斯定律馬呂斯定律 . . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光線偏振光通過(guò)

7、旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器

8、光強(qiáng)發(fā)生變化. . . .起偏器檢偏器自然光線偏振光兩偏振片的偏振化方向相互垂直時(shí)光強(qiáng)為零線偏振光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器光強(qiáng)發(fā)生變化.檢偏器檢偏器自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光自然光. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光通過(guò)旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變i?p待檢光待檢光問(wèn)題：?jiǎn)栴}： i不變，是什么光？不變，是什么光？i變，有消光，變，有消光，是什么光？是什么光？檢偏器檢偏器i i變，沒(méi)有消光，是什么光？變，沒(méi)有消光，是什么光？光強(qiáng)為光強(qiáng)為 i1 的的線線偏振光，透過(guò)偏振片后，其透射強(qiáng)度為：偏振光，透過(guò)偏振片后，其透射強(qiáng)度為：21

9、2cosii cos12ee 222211,eiei1i2i2e2e1e二二.馬呂斯定律：馬呂斯定律：2212212coseeii212cosii 12,0ii 當(dāng)：023,22i當(dāng)：1.當(dāng)旋轉(zhuǎn)檢偏器一周時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩次當(dāng)旋轉(zhuǎn)檢偏器一周時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩次全明全明和兩次和兩次全暗全暗。2.此定律只適用于沒(méi)有光吸收和反射的理想偏振片。此定律只適用于沒(méi)有光吸收和反射的理想偏振片。結(jié)論結(jié)論：例題例題. 若自然光的光強(qiáng)為若自然光的光強(qiáng)為，讓它通過(guò)兩個(gè)偏振化方，讓它通過(guò)兩個(gè)偏振化方向夾角為向夾角為60度的偏振片，求透過(guò)第二個(gè)偏振片的光度的偏振片，求透過(guò)第二個(gè)偏振片的光強(qiáng)。強(qiáng)。201ii 解解：012128141

10、60cosiiii 例題例題.一束光是自然光和線偏振光的混合光，讓它通過(guò)一偏振片，一束光是自然光和線偏振光的混合光，讓它通過(guò)一偏振片，若以此入射光束為軸旋轉(zhuǎn)偏振片，測(cè)得透射光強(qiáng)度最大值若以此入射光束為軸旋轉(zhuǎn)偏振片，測(cè)得透射光強(qiáng)度最大值是最小值的是最小值的5倍，那么入射光束中，自然光與線偏振光的倍，那么入射光束中，自然光與線偏振光的光強(qiáng)之比是多少？光強(qiáng)之比是多少？入射光中自然光和線偏振光的強(qiáng)度各占入射光中自然光和線偏振光的強(qiáng)度各占入射光強(qiáng)度的幾分之幾？入射光強(qiáng)度的幾分之幾？解：設(shè)自然光光強(qiáng)度為解：設(shè)自然光光強(qiáng)度為 i1, 線偏振光光強(qiáng)度為線偏振光光強(qiáng)度為 i2,則由題知：則由題知：212maxi

11、ii 21minii 25)2(112iii 1:2:12 ii設(shè)設(shè)入射光強(qiáng)度入射光強(qiáng)度i0 312111iiiiio322oii例題例題.如圖所示的雙縫實(shí)驗(yàn)中，若用單色自然光照射狹縫，在如圖所示的雙縫實(shí)驗(yàn)中，若用單色自然光照射狹縫，在屏幕上能得到干涉條紋，若在和的前面分別加一相同的屏幕上能得到干涉條紋，若在和的前面分別加一相同的偏振片和。當(dāng)偏振片和。當(dāng) 和的偏振化方向相互平行或垂和的偏振化方向相互平行或垂直時(shí)，在屏上能否得到清晰的干涉條紋？直時(shí)，在屏上能否得到清晰的干涉條紋？屏幕屏幕答案：能，否答案：能，否 .in1n2r以任意角度入射以任意角度入射 以任意角度入射時(shí)，以任意角度入射時(shí)，反射

12、光和折射光都為反射光和折射光都為部分偏振光。部分偏振光。實(shí)驗(yàn)和理論都表明：實(shí)驗(yàn)和理論都表明： 反射光中垂直于入反射光中垂直于入射面振動(dòng)的光的強(qiáng)度射面振動(dòng)的光的強(qiáng)度比較大，折射光中在比較大，折射光中在入射面內(nèi)振動(dòng)的光的入射面內(nèi)振動(dòng)的光的強(qiáng)度比較大。強(qiáng)度比較大。12-5-3 12-5-3 反射光、折射光的偏振性反射光、折射光的偏振性 以布儒斯特角入射以布儒斯特角入射時(shí)，反射光為線偏振時(shí)，反射光為線偏振光，折射光為部分偏光，折射光為部分偏振光。并且：振光。并且：.i0i0n1n2900r以布儒斯特角入射以布儒斯特角入射90r0+=i0nsinisinr1n20=n21tg isinisinr0=si

13、nisin0()90i00=0由折射定律：由折射定律：布儒斯特定律：布儒斯特定律：當(dāng)自然光以布儒斯特角入射到兩不同介質(zhì)的表面時(shí)，當(dāng)自然光以布儒斯特角入射到兩不同介質(zhì)的表面時(shí)，其反射光為線偏振光，光振動(dòng)垂直于入射面。其反射光為線偏振光，光振動(dòng)垂直于入射面。布儒斯特角：布儒斯特角：120tannni =i0560例：例： 玻璃對(duì)空氣的折射率為：玻璃對(duì)空氣的折射率為：=n211.50tgi =01.50.利用玻璃堆獲得偏振光利用玻璃堆獲得偏振光線偏振光線偏振光0i布儒斯特角布儒斯特角自然光自然光 入射入射例題例題1.如果從池中靜水如果從池中靜水(n=1.33)的表面反射出來(lái)的太陽(yáng)的表面反射出來(lái)的太陽(yáng)光是完全偏振的，那么，太陽(yáng)的仰角大致是多少？在這光是完全偏振的，那么，太陽(yáng)的仰角大致是多少？在這反射光中，電場(chǎng)強(qiáng)度的振動(dòng)方向應(yīng)反射光中，電場(chǎng)強(qiáng)度的振動(dòng)方向應(yīng)垂直垂直 入射面入射面。 0i水水n水水解解：arctgni 00053 i037 例題例題2. 試述關(guān)于光的偏振的布儒斯特定律試述關(guān)于光的偏振的布儒斯特定律答案：答案：當(dāng)入射角等于某特定值當(dāng)入射角等于某特定值 時(shí)，時(shí)，反射光成為線偏振光，其光矢量的振動(dòng)方向垂直入射反射光成為線偏振光，其光矢量的振動(dòng)方向垂直入射面。面。120nnarctgi 例題例題3.如果一束光垂直入射在偏振片上，以