第五章光的偏振

1、natural light and polarized light Contents自然光與線偏振光自然光與線偏振光natural light and polarized light 起偏與檢偏起偏與檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律polarize and analyze Malus law光波中包含振動的電場強度矢量和磁場強度矢量光波中包含振動的電場強度矢量和磁場強度矢量光波是橫波光波是橫波電場電場強度矢量強度矢量E稱稱為為光矢量光矢量(光振動光振動)光具有波動性光具有波動性（電磁波）（電磁波）kEH橫波與縱波的區(qū)別橫波與縱波的區(qū)別橫波：波的振動方向相對于傳播方向沒有對稱性橫波：波的振動方向相對于

2、傳播方向沒有對稱性縱波：波的振動方向相對于傳播方向具有對稱性縱波：波的振動方向相對于傳播方向具有對稱性機械波穿過狹縫機械波穿過狹縫一、光的偏振性一、光的偏振性1 1、偏振、偏振 波的振動方向相對于傳播方向的不對稱性，叫做波的振動方向相對于傳播方向的不對稱性，叫做偏振。偏振。2、光的偏振態(tài)、光的偏振態(tài) 在垂直于光傳播方向的平面內，光矢量的振動狀態(tài)在垂直于光傳播方向的平面內，光矢量的振動狀態(tài)有各種不同的方式，稱為光的偏振態(tài)。有各種不同的方式，稱為光的偏振態(tài)。自然光；平面偏振光；部分偏振光；圓偏振光；橢圓偏振光自然光；平面偏振光；部分偏振光；圓偏振光；橢圓偏振光二、平面偏振光二、平面偏振光光傳播方向

3、光傳播方向E橫截面橫截面（線偏振光）（線偏振光）1 1、定義、定義 光在傳播過程中光矢量的振動只限于某一確定平面內，光在傳播過程中光矢量的振動只限于某一確定平面內，這種光稱為平面偏振光。這種光稱為平面偏振光。 振動面平行于圖面振動面平行于圖面振動面垂直于圖面振動面垂直于圖面2 2、振動面、振動面 光矢量與光傳播方向構成的面，稱為偏振光的振動面光矢量與光傳播方向構成的面，稱為偏振光的振動面3 3、符號表示、符號表示4 4、分量表示、分量表示 線偏振光也可以看作是由振動相互垂直、傳播方向相線偏振光也可以看作是由振動相互垂直、傳播方向相同、相位相同（或相差同、相位相同（或相差 p p ）的兩列光波疊

4、加而成。）的兩列光波疊加而成。)cos()(00kzteAeAeEeEEyyxxyyxx普通光源普通光源由自發(fā)幅射發(fā)出的光由自發(fā)幅射發(fā)出的光 三、自然光三、自然光原子自發(fā)輻射具有獨立性、間歇性與隨機性；原子自發(fā)輻射具有獨立性、間歇性與隨機性；產生的光波列振動方向不確定，彼此之間也產生的光波列振動方向不確定，彼此之間也沒有固定的相位關系。沒有固定的相位關系。1 1、產生機理、產生機理2、特點、特點（1） 在垂直于光傳播方向的平面內，在垂直于光傳播方向的平面內，光矢量沿各方向振動的概率均等光矢量沿各方向振動的概率均等.（2）可以看成由兩個振動方向相互）可以看成由兩個振動方向相互垂直，振幅相等，互不

5、相干的線偏垂直，振幅相等，互不相干的線偏振光的疊加振光的疊加. XYZ注意注意 二二互相互相垂直方向是任選的垂直方向是任選的. 兩垂直分量間無固定的相位關系，不能合成為一個單獨兩垂直分量間無固定的相位關系，不能合成為一個單獨的矢量的矢量 .3 3、定義、定義 光矢量在軸對稱的各個方向上的時間平均值相等，光矢量在軸對稱的各個方向上的時間平均值相等，具有這種特點的光叫做自然光具有這種特點的光叫做自然光( (自然光是由軸對稱分自然光是由軸對稱分布、無固定相位關系的大量線偏振光集合而成的布、無固定相位關系的大量線偏振光集合而成的) )4 4、符號表示、符號表示vEx xy yz zyxSIIISyxI

6、II21yxiyyixxAAaAaA5 5、分量表示、分量表示四、起偏與檢偏四、起偏與檢偏某些物質能吸收某一方向的光振動某些物質能吸收某一方向的光振動 , , 而只讓與這個方向垂直的光振動通而只讓與這個方向垂直的光振動通 過過, , 這種性質稱二向色性這種性質稱二向色性 . .自然光通過偏振器（起偏）自然光通過偏振器（起偏）五、馬呂斯定律五、馬呂斯定律1. .當當 時，時，p 或00II 2. .當當 時，時，232pp或0I光強最大光強最大光強最小光強最小2p23pp020cosII 馬呂斯定律：馬呂斯定律： 強度為強度為 的偏振光通過檢偏振的偏振光通過檢偏振器后器后, 出射光的強度為出射光

7、的強度為0Ip2I討論：討論：六、偏振的應用六、偏振的應用1 1、照相時消除、照相時消除 反射光影響反射光影響拍攝過程拍攝過程2、立體電影原理、立體電影原理 本堂課小結本堂課小結一、光的偏振態(tài)一、光的偏振態(tài) 自然光、線偏振光自然光、線偏振光二、線偏振光的獲得二、線偏振光的獲得 偏振片法偏振片法三、基本物理定律（光強變化）三、基本物理定律（光強變化） 馬呂斯定律馬呂斯定律:四、偏振光的應用實例四、偏振光的應用實例 照相機鏡頭的濾光、立體電影、激光器的諧振腔、照相機鏡頭的濾光、立體電影、激光器的諧振腔、 偏光顯微鏡偏光顯微鏡 等等等等20cosII 例例1 有兩個偏振片有兩個偏振片,一個用作起偏器

8、一個用作起偏器, 一個用作檢偏器一個用作檢偏器. 當它們偏振化方向間的夾角為當它們偏振化方向間的夾角為300時時 , 一束單色自然光穿過它們一束單色自然光穿過它們, 出射光強為出射光強為I1; 當它們偏振化方向間的夾角為當它們偏振化方向間的夾角為600時時, 另一束單色另一束單色自然光穿過它們自然光穿過它們 , 出射光強為出射光強為I2, 且且I1=I2. 求兩束單色自然光的求兩束單色自然光的強度之比強度之比 .解解 設兩束單色自然光的強度分別為設兩束單色自然光的強度分別為IS1和和IS2 經(jīng)過起偏器后光強分別為經(jīng)過起偏器后光強分別為 和和 .22SI21SI經(jīng)過檢偏器后經(jīng)過檢偏器后30cos

9、2211SII 60cos2222SII 21II 3160cos30cos2221SSII polarize style of the reflected and passed light1 1、定義、定義 在垂直于傳播在垂直于傳播方向的平面上方向的平面上, ,一些方向一些方向的光振動比另一些方向的光振動比另一些方向的光振動占優(yōu)勢。的光振動占優(yōu)勢。部分偏振光部分偏振光 部分偏振光可看作是兩束振動方向相互垂直的、部分偏振光可看作是兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光的疊加。不等幅的、不相干的線偏振光的疊加。一、一、部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解注意注意2 2

10、、部分偏振光的表示法、部分偏振光的表示法 平行板面的平行板面的光振動較強光振動較強垂直板面的垂直板面的光振動較強光振動較強部分偏振光部分偏振光平面偏振光平面偏振光二、反射光和折射光的偏振態(tài)二、反射光和折射光的偏振態(tài)n 自然光在兩種各向同性媒質分界面上反射、折射自然光在兩種各向同性媒質分界面上反射、折射時，反射光和折射光都是時，反射光和折射光都是部分偏振光部分偏振光。n 反射光中反射光中垂直振動垂直振動多于平行振動，折射光中多于平行振動，折射光中平行平行振動振動多于垂直振動。多于垂直振動。1 1、偏振度、偏振度minmaxminmaxIIIIP線偏振光：線偏振光： P=1P=1自然光：自然光：

11、P=0P=0部分偏振光：部分偏振光： 0P10P109011021PPAAii布儒斯特角布儒斯特角2n線偏振光線偏振光bi2i1n注意注意: :此時此時, ,反射反射光中光矢量的平光中光矢量的平行分量為零。行分量為零。2n1i1n2i反射光為線偏振光反射光為線偏振光122sinsincossintannniiiiibbbb2 2、布儒斯特定律、布儒斯特定律 (David Brewster 1781-1868)(David Brewster 1781-1868) 當自然光入射角滿足關系式當自然光入射角滿足關系式時，反射光為時，反射光為振動垂直于入射面的平面偏振光振動垂直于入射面的平面偏振光， 該

12、式稱該式稱為為布儒斯特定律布儒斯特定律，ib為起偏振角或布儒斯特角。為起偏振角或布儒斯特角。 12tannnib1）反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直 .討論討論 2）根據(jù)光的可逆性，當入射光以根據(jù)光的可逆性，當入射光以 i2角從角從 n2介質介質入射于界面時，此入射于界面時，此 i i2 2角即為布儒斯特角角即為布儒斯特角 .bibi1n玻璃玻璃2n2i1n2i2n玻璃玻璃bi2i0i0i1n1空氣空氣 例例 一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角為布儒斯特角ib，問，問 在界面在界面 2 的反射光是什么光？的反射光是什么光？玻璃玻璃2n2 注意注意：一次：一次起偏垂直入射面起偏垂直入射面的振動僅很小部的振動僅很小部分被反射（約分被反射（約15%）所以反射）所以