第九章 波動光學(xué)-§98 光的偏振

1、大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊機械橫波與縱波的區(qū)別機械橫波與縱波的區(qū)別機械波穿過狹縫機械波穿過狹縫 光矢量光矢量 的的振動方向總與光的傳播方向垂直，所振動方向總與光的傳播方向垂直，所以光波是橫波。以光波是橫波。E大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊一、自然光一、自然光 偏振光偏振光1. 自然光自然光 ：普通光源發(fā)出的光，包含：普通光源發(fā)出的光，包含著各個方向的光矢量，在所有可能的著各個方向的光矢量，在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等（方向上，光矢量的振幅都相等（軸對軸對稱）稱）。 自然光可

2、以自然光可以用用兩個互相兩個互相垂直垂直的、的、互為獨立的（互為獨立的（無確定無確定的的相位相位關(guān)系）、關(guān)系）、振幅相等的光振動表示振幅相等的光振動表示 , 并各具有并各具有一一半半的振動能量的振動能量 。符號表示符號表示vE注意注意 二個二個互相互相垂直方向是任選的垂直方向是任選的 。短線短線表示光矢量振動表示光矢量振動在紙面內(nèi)在紙面內(nèi)圓點圓點表示光矢量振動表示光矢量振動垂直紙面垂直紙面大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊2 . 線偏振光線偏振光（完全完全偏振光）偏振光）符號表示符號表示3. 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振動比與之垂直的另：某一方向的光振動比與之垂

3、直的另一方向上的光振動占優(yōu)勢。一方向上的光振動占優(yōu)勢。符號表示符號表示光矢量只在某一固定的方向上振動。光矢量只在某一固定的方向上振動。振動面振動面vE大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊 起起 偏偏二、偏振片二、偏振片 起偏與檢偏起偏與檢偏 1. 二向色性二向色性 : 某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動 , 而只讓而只讓與這個方向垂直的光振動通過與這個方向垂直的光振動通過, 這種性質(zhì)稱二向色性。這種性質(zhì)稱二向色性。2. 偏振片偏振片 ：涂有二向色性材料的透明薄片：涂有二向色性材料的透明薄片 。 3. 偏振化方向偏振化方向 ： 當(dāng)自然光照射在偏振片上

4、時，它只讓某一當(dāng)自然光照射在偏振片上時，它只讓某一特定方向的光振動通過，這個方向稱為該偏振片的偏振化方特定方向的光振動通過，這個方向稱為該偏振片的偏振化方向向 。021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊檢偏器檢偏器 檢檢 偏偏起偏器起偏器0I02II大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊三、馬呂斯定律三、馬呂斯定律（1880 年）年）檢偏器檢偏器起偏器起偏器012II IE1ANM2201coscos2III 馬呂斯定律馬呂斯定律 強度為強度為 的的線偏線偏振光振光通過檢偏器后通過檢偏器后, 出射光的強度為出射光的強

5、度為1I0INMA1A1cosAA2222122111coscosIAAIAA為兩偏振片偏振化方向的夾角為兩偏振片偏振化方向的夾角大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊 例例9.8.1 利用兩塊偏振片作為起偏器和檢偏器來觀察利用兩塊偏振片作為起偏器和檢偏器來觀察A、B兩個自兩個自然光光源。若觀察然光光源。若觀察A光源時，兩偏振化方向間的夾角為光源時，兩偏振化方向間的夾角為45，而而觀察觀察B光源時，該夾角為光源時，該夾角為60時，才能使兩次觀察的光強相等，時，才能使兩次觀察的光強相等，那么那么A、B光源的光強之比是多少？光源的光強之比是多少？0AI0BI解：解：設(shè)設(shè)A、B兩兩

6、光源的光強光源的光強分別為分別為 和和 。由馬呂斯定律得由馬呂斯定律得:20cos 452AAII 20cos 602BBII 2020cos 601cos 452AABBIIII 大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊BA0I0IAIBCACIBICBA例例9.8.1自然光入射到相互正交的兩偏振片自然光入射到相互正交的兩偏振片A、B上，無透射光，上，無透射光，若在兩偏振片中間又插入一個偏振片若在兩偏振片中間又插入一個偏振片C，能有透射光嗎？（設(shè)通，能有透射光嗎？（設(shè)通過過A、B、C的光強分別為的光強分別為IA、IB、IC）大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)

7、團隊2222200cos ()sin2cossinsin 228BCCIIIII30,220IAIBCACIBICBA220coscos2CAIII 012AII 令：令：20sin 208BII得：得：當(dāng)當(dāng)C的偏振化方向既不與的偏振化方向既不與A的平行，的平行，也不與也不與A的垂直時，就有光透過的垂直時，就有光透過B。大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊20001cos 6028III 解解: :012I(1) 自然光通過第一個偏振片后光強變?yōu)樽匀还馔ㄟ^第一個偏振片后光強變?yōu)楦鶕?jù)馬呂斯定律，透射光強為根據(jù)馬呂斯定律，透射光強為0I02I200cos 602I例題例題3 3

8、 （1 1）讓光強為）讓光強為I I0 0 的自然光通過兩偏振化方向成的自然光通過兩偏振化方向成6060角的角的偏振片，求透射光的強度偏振片，求透射光的強度I I1 1； (2) 在此兩個偏振片之間再插入另在此兩個偏振片之間再插入另一個偏振片，它的偏振化方向與前兩個偏振片的偏振方向均成一個偏振片，它的偏振化方向與前兩個偏振片的偏振方向均成30角，求透射光的光強角，求透射光的光強I2 。大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊(2) (2) 入射的自然光透過前兩個偏振片后的光強為入射的自然光透過前兩個偏振片后的光強為0I02I3p2p1p200cos 302I20200cos 3

9、0cos 302I200cos 302I以此作為入射光強射在最后一個偏振片上，根據(jù)馬呂斯定律，以此作為入射光強射在最后一個偏振片上，根據(jù)馬呂斯定律，透射光強為透射光強為20200209cos 30cos 30232III大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊空氣空氣i1n 入射面入射面 入射光線和法線所成入射光線和法線所成的平面的平面 . 反射光：反射光： 部分部分偏振光偏振光 ，垂直垂直于入射面的振動于入射面的振動大大于平行于入射于平行于入射面的振動面的振動 。 折射光：折射光： 部分部分偏振光，偏振光，垂直垂直于入射面的振動于入射面的振動小于小于平行于入射平行于入射面的振

10、動面的振動 。理論和實驗證明理論和實驗證明：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān)：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān) 。i四、光在反射和折射時的偏振四、光在反射和折射時的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律 玻璃玻璃2n大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）反射光反射光為為線偏振光線偏振光，且振動方，且振動方向向垂直垂直入射面，入射面，折射光折射光為為部分部分偏振光偏振光。120tannni 當(dāng)當(dāng) 時，時，當(dāng)入射角為布儒斯特角當(dāng)入射角為布儒斯特角i0時，時，反射光和折射光反射光和折射光互相垂直互相垂直 。00120cossintaniinni000c

11、ossincos()2i002i討論討論0201sinsininn折射定律折射定律空氣空氣0i0i1n玻璃玻璃2n0大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊注意注意 對于一般的光學(xué)玻璃對于一般的光學(xué)玻璃 , 反射光的強度約占入射光強度的反射光的強度約占入射光強度的7.5% , 大部分光將透過玻璃。大部分光將透過玻璃。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大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊玻璃堆玻璃堆 自然自然光光完全偏振光完全偏振光完全偏振光完全偏振光大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊0i0i0iiii討論討論討論下列光

12、線的反射和折射（討論下列光線的反射和折射（起偏角起偏角 ）.0i大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊動動 光光 學(xué)學(xué)雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象波波 動動 光光 學(xué)學(xué)五、光的雙折射現(xiàn)象五、光的雙折射現(xiàn)象 尋常光和非尋常光尋常光和非尋常光 nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律方解石晶體方解石晶體各向同性介質(zhì)各向同性介質(zhì)各向異性介質(zhì)各向異性介質(zhì)大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊光通過光通過雙折射晶體雙折射晶體大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊 尋常光線（尋常光線（o o光）光）遵循折射定律的光線遵循折射定律的光線 非常光線（非常光線（e e光）光）不不遵循折射定律的光線遵循折射定律的光線（一般情況，非常光線不在入射面內(nèi)）（一般情況，非常光線不在入射面內(nèi)）實驗證明：實驗證明： O 光和光和 光均為光均為線偏振光（完全偏振光）線偏振光（完全偏振光）。eACBoeDeo大學(xué)物理大學(xué)物理校級精品課程教學(xué)團隊校級精品課程教學(xué)團隊六、偏振光的應(yīng)用六、偏振光的應(yīng)用 避免炫光的設(shè)備避免炫光的設(shè)備 如：偏振光眼鏡：偏振軸沿著鉛直方向，可以過濾掉如：偏振光眼鏡：偏振軸沿著鉛直方向，可以過濾掉沿著水平方向振動的入射光。沿著水平方向振動的入射光。 又如：在輪船的舷窗、火車、飛機的窺窗上安裝偏振又如：在輪船的舷窗、火車、飛機的