偏振原理及應(yīng)用

1、光的光的波動性波動性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射 .光波是光波是橫波橫波 光的偏振光的偏振 .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)械波穿過狹縫一、橫波與偏振現(xiàn)象一、橫波與偏振現(xiàn)象 2、實(shí)驗(yàn)： 取一根軟繩，一端固取一根軟繩，一端固定在墻上，手持另一定在墻上，手持另一端上下抖動，就在軟端上下抖動，就在軟繩上形成一列橫波繩上形成一列橫波. .現(xiàn)在，讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板，如果狹縫現(xiàn)在，讓軟繩穿過一塊帶有狹縫的木板，如果狹縫與振動方向平行，則振動可以通過狹縫傳到木板的與振動方向平行，則振動可以通過狹縫傳到木板的另一側(cè)（圖甲）如果狹縫與振動方向垂直，則振另一側(cè)（圖甲）如果狹縫

2、與振動方向垂直，則振動就被狹縫擋住而不能向前傳播（圖乙）動就被狹縫擋住而不能向前傳播（圖乙） 如果將這根繩換成細(xì)軟的彈簧，前后推動彈簧如果將這根繩換成細(xì)軟的彈簧，前后推動彈簧形成縱波，則無論狹縫怎樣放置，彈簧上的縱形成縱波，則無論狹縫怎樣放置，彈簧上的縱波都可以通過狹縫傳播到木板的另一側(cè)（如下波都可以通過狹縫傳播到木板的另一側(cè)（如下圖）圖） 受上面實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，我們受上面實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)，我們可以利用類似的實(shí)驗(yàn)來判斷光可以利用類似的實(shí)驗(yàn)來判斷光波是橫波還是縱波波是橫波還是縱波 偏振片由特定的材料制成，它上面有一個特殊的偏振片由特定的材料制成，它上面有一個特殊的方向（叫做透振方向），只有振動方向與透振方

3、方向（叫做透振方向），只有振動方向與透振方向平行的光波才能通過偏振片偏振片對光波的向平行的光波才能通過偏振片偏振片對光波的作用就像上圖中的狹縫對于機(jī)械波的作用一樣作用就像上圖中的狹縫對于機(jī)械波的作用一樣 現(xiàn)在利用偏振片代替上面的帶有狹縫的木板，來現(xiàn)在利用偏振片代替上面的帶有狹縫的木板，來做光學(xué)實(shí)驗(yàn)做光學(xué)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)擊下圖觀看動畫演示 當(dāng)只有一塊偏振片時，以當(dāng)只有一塊偏振片時，以光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏光的傳播方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片，透射光的強(qiáng)度不振片，透射光的強(qiáng)度不變變當(dāng)兩塊偏振片的透振方向當(dāng)兩塊偏振片的透振方向平行時，透射光的強(qiáng)度最平行時，透射光的強(qiáng)度最大，但是，比通過一塊偏大，但是，比通過一塊偏振片時

4、要弱振片時要弱當(dāng)兩塊偏振片的透振方向當(dāng)兩塊偏振片的透振方向垂直時，透射光的強(qiáng)度最垂直時，透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎為零弱，幾乎為零. .3、產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因1 1、太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直、太陽、電燈等普通光源發(fā)出的光，包含著在垂直于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個于傳播方向上沿一切方向振動的光，而且沿著各個方向振動的光波的強(qiáng)度都相同這種光叫做方向振動的光波的強(qiáng)度都相同這種光叫做自然自然光光 . .2 2、自然光通過第一個偏振片（叫做起偏器）之、自然光通過第一個偏振片（叫做起偏器）之后，只有振動方向跟偏振片的透振方向一致的后，只有振動方向跟偏振片的透振方向一致的光波才

5、能通過也就是說，通過第一個偏振片光波才能通過也就是說，通過第一個偏振片的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著的光波，在垂直于傳播方向的平面上，只沿著一個特定的方向振動這種光叫做一個特定的方向振動這種光叫做偏振光偏振光 橫波只沿著橫波只沿著某一個特定的方某一個特定的方向振動，稱為波向振動，稱為波的偏振只有橫的偏振只有橫波 才 有 偏 振 現(xiàn)波 才 有 偏 振 現(xiàn)象象3 3、通過第一個偏振片的偏振光再通過第二個偏振片（稱、通過第一個偏振片的偏振光再通過第二個偏振片（稱為為檢偏器檢偏器）時，如果兩個偏振片的透振方向平行，那）時，如果兩個偏振片的透振方向平行，那么，通過第一個偏振光的振動方向跟第二個

6、偏振片的么，通過第一個偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向平行，透射光的強(qiáng)度最大透振方向平行，透射光的強(qiáng)度最大4 4、如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，偏、如果兩個偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向垂振光的振動方向跟第二個偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通過第二個偏振片，透射光的直，偏振光不能通過第二個偏振片，透射光的強(qiáng)度為零強(qiáng)度為零 所以，光是一種橫波所以，光是一種橫波 三、偏振光的獲取三、偏振光的獲取問題：問題： 如何從普通光源中取得偏振光呢？如何從普通光源中取得偏振光呢？方法：方法： （1 1）偏振片法）偏振片法 （2 2）反射折射法）反射折射法檢

7、偏器檢偏器 檢檢 偏偏起偏器起偏器方法：方法： （1 1）用起偏器獲取偏振光）用起偏器獲取偏振光光的偏振現(xiàn)象并不罕見除了從光源（如光的偏振現(xiàn)象并不罕見除了從光源（如太陽、電燈等）直接發(fā)出的光以外，我們通常太陽、電燈等）直接發(fā)出的光以外，我們通常看到的絕大部分光，都是偏振光自然光射到看到的絕大部分光，都是偏振光自然光射到兩種介質(zhì)的界面上，如果光入射的方向合適，兩種介質(zhì)的界面上，如果光入射的方向合適，使反射光與折射光之間的夾角恰好是使反射光與折射光之間的夾角恰好是9090，這，這時，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振時，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直方向互相垂直1.一般入射角的

8、情況一般入射角的情況反射光反射光 折射光都是折射光都是部分偏振光部分偏振光 反射光中反射光中 垂直入射面振動占優(yōu)垂直入射面振動占優(yōu)折射光中折射光中平行入射面振動占優(yōu)平行入射面振動占優(yōu)方法：方法： （2 2）布儒斯特定律布儒斯特定律2.特殊入射角的情況特殊入射角的情況1 ) ) 兩光偏振狀態(tài)兩光偏振狀態(tài)反射光反射光 - 完全偏振光完全偏振光折射光折射光 - 部分偏振光部分偏振光2 ) )反射光線與折射光線反射光線與折射光線 垂直垂直( (起偏角起偏角或或布儒斯特角布儒斯特角 ) )1210nntgi入射角滿足入射角滿足3、布儒斯特定律、布儒斯特定律 1210nntgi光在兩各向同性介質(zhì)表面入射時

9、光在兩各向同性介質(zhì)表面入射時如果入射角與兩介質(zhì)折射率存在下述關(guān)系如果入射角與兩介質(zhì)折射率存在下述關(guān)系反射光成為只有垂直振動的線偏振光反射光成為只有垂直振動的線偏振光這就是布儒斯特定律這就是布儒斯特定律 四、偏振光的應(yīng)用四、偏振光的應(yīng)用 光的偏振在科學(xué)技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)中有光的偏振在科學(xué)技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。比如在機(jī)械工業(yè)中，利用著廣泛的應(yīng)用。比如在機(jī)械工業(yè)中，利用偏振光的干涉來分析機(jī)件內(nèi)部應(yīng)力分布情偏振光的干涉來分析機(jī)件內(nèi)部應(yīng)力分布情況，這就是光測彈性力學(xué)的課題。在化工況，這就是光測彈性力學(xué)的課題。在化工廠里，我們可以利用偏振光測量溶液的濃廠里，我們可以利用偏振光測量溶液的濃度。偏光干涉

10、儀、偏光顯微鏡在生物學(xué)、度。偏光干涉儀、偏光顯微鏡在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)等方面有著重要的應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)、地質(zhì)學(xué)等方面有著重要的應(yīng)用。在航海、航空方面則制出了偏光天文羅盤。航海、航空方面則制出了偏光天文羅盤。 1汽車車燈汽車車燈 汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時，為汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時，為了避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開了避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面

11、成它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在出的光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時，即不要熄燈，也不要減速，可以保夜間行駛時，即不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，證安全行車。另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以陽光，常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強(qiáng)烈的來自上空的散射光基本上是水平方向這些

12、強(qiáng)烈的來自上空的散射光基本上是水平方向振動的。因此，只需振動的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光。 2、觀看立體電影、觀看立體電影 在拍攝立體電影時，用兩個攝影機(jī)，兩個攝影在拍攝立體電影時，用兩個攝影機(jī)，兩個攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時分別拍機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像，放映時把兩個畫像同時下同一物體的兩個畫像，放映時把兩個畫像同時映在銀幕上。如果設(shè)法使觀眾的一只眼睛只能看映在銀幕上。如果設(shè)法使觀眾的一只眼睛只能看到其中一個畫面，就可以使觀眾得到立體感

13、。為到其中一個畫面，就可以使觀眾得到立體感。為此，在放映時，兩個放放像機(jī)每個放像機(jī)鏡頭上此，在放映時，兩個放放像機(jī)每個放像機(jī)鏡頭上放一個偏振片，放一個偏振片，兩個偏振片的偏振化方向相互垂兩個偏振片的偏振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片，左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機(jī)上的偏振化方向相同，的偏振化方向與左面放像機(jī)上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機(jī)上的偏振右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機(jī)上的偏振化方向相同，這樣，化方向相同，這樣，銀幕上的兩個畫面分別通過銀幕上的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影兩只

14、眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了像了。 偏光鏡頭偏光鏡頭 立體電影立體電影 光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用如在拍攝日落光的偏振現(xiàn)象有很多應(yīng)用如在拍攝日落時水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里的時水面下的景物、池中的游魚、玻璃櫥窗里的陳列物的照片時，由于水面或玻璃表面的反射陳列物的照片時，由于水面或玻璃表面的反射光的干擾，常使景像不清楚如果在照相機(jī)鏡光的干擾，常使景像不清楚如果在照相機(jī)鏡頭前裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反頭前裝一片偏振濾光片，讓它的透振方向與反射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使射光的偏振方向垂直，就可以減弱反射光而使景像清晰景像清晰偏振現(xiàn)象的應(yīng)用：拍攝偏振現(xiàn)象的應(yīng)用：拍攝（C C）用偏光鏡用偏光鏡消除消除了了反射偏振光反射偏振光 使使玻璃門內(nèi)的人物玻璃門內(nèi)的人物清晰可見清晰可見（A A）玻璃門玻璃門表面的表面的反光很強(qiáng)反光很強(qiáng)（B B）用偏光鏡用偏光鏡減弱減弱了反射偏振光了反射偏振光櫥窗設(shè)計(jì)櫥窗設(shè)計(jì) 本堂課小結(jié)本堂課小結(jié)一、光的偏