大學(xué)物理：第十二章 光的偏振

1、17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律光的光的波動(dòng)性波動(dòng)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)械波穿過狹縫播方向的不對(duì)稱性。偏振：振動(dòng)方向?qū)τ趥饕?、偏振是橫波的特性17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律一自然光一自然光 偏振光偏振光 自然光自然光 ：一般光源發(fā)出的光中，包含著各個(gè)方：一般光源發(fā)出的光中，包含著各個(gè)方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（軸向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（軸對(duì)稱）這樣的光叫自然光對(duì)稱）

2、這樣的光叫自然光 . 自然光以兩互相自然光以兩互相垂直垂直的互的互為獨(dú)立的為獨(dú)立的 （無確定無確定的的相位相位關(guān)關(guān)系）振幅相等的光振動(dòng)表示系）振幅相等的光振動(dòng)表示 , 并各具有并各具有一半一半的振動(dòng)能量的振動(dòng)能量 .符號(hào)表示符號(hào)表示vE注意注意 各光矢量間無固定的相位關(guān)系各光矢量間無固定的相位關(guān)系 . 二二互相互相垂直方向是任選的垂直方向是任選的 .vHEXYZo17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律 偏振光偏振光（線偏振光）（線偏振光）符號(hào)表示符號(hào)表示 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振動(dòng)比與之垂直方：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

3、為部分偏振光向上的光振動(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 .振動(dòng)面振動(dòng)面vE17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律 起起 偏偏二偏振片二偏振片 起偏與檢偏起偏與檢偏 二向色性二向色性 : 某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng)動(dòng) , 而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過, 這種性質(zhì)這種性質(zhì)稱二向色性稱二向色性 . 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時(shí)，當(dāng)自然光照

4、射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過，這個(gè)方向叫此偏振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片的偏振化方向 .021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律檢偏器檢偏器 檢檢 偏偏起偏器起偏器17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律NM三馬呂斯定律三馬呂斯定律（1880 年）年）A0AcosAA02020AAII檢偏器檢偏器起偏器起偏器0IIA0ANM20cosII 馬呂斯定律馬呂斯定律 強(qiáng)度為強(qiáng)度為 的偏振的偏振光通過檢偏振器后光通過檢偏振器后, 出射光的強(qiáng)度為

5、出射光的強(qiáng)度為0I17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律馬呂斯定律：強(qiáng)度為馬呂斯定律：強(qiáng)度為I0的線偏振光透過偏振片的線偏振光透過偏振片 后強(qiáng)度變?yōu)楹髲?qiáng)度變?yōu)镮=I0cos2 。（ 為入射的偏振光的振動(dòng)方向與偏振片偏振化方為入射的偏振光的振動(dòng)方向與偏振片偏振化方向間的夾角。）向間的夾角。）A A/0AI=I0cos2線偏振光通線偏振光通過偏振片后過偏振片后I01.光強(qiáng)改變光強(qiáng)改變2.仍然為線偏振光仍然為線偏振光,但振動(dòng)方向但振動(dòng)方向改變改變 角度角度.200AI 17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律 例例1 有兩個(gè)偏振片

6、有兩個(gè)偏振片,一個(gè)用作起偏器一個(gè)用作起偏器, 一個(gè)用作檢一個(gè)用作檢偏器偏器. 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)時(shí) , 一束單色一束單色自然光穿過它們自然光穿過它們, 出射光強(qiáng)為出射光強(qiáng)為 ; 當(dāng)它們偏振化方向間當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為的夾角為 時(shí)時(shí), 另一束單色自然光穿過它們另一束單色自然光穿過它們 , 出射光出射光強(qiáng)為強(qiáng)為 , 且且 . 求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比 .30601I2I21II 10I20I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 和和 . 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 .220I2

7、10I經(jīng)過檢偏器后經(jīng)過檢偏器后30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021IIII17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律212cosII 3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II 20cos2I 在兩塊正交偏振片在兩塊正交偏振片 之間插入另一塊偏之間插入另一塊偏振片振片 ，光強(qiáng)為，光強(qiáng)為 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，討論轉(zhuǎn)動(dòng)討論轉(zhuǎn)動(dòng) 透過透過 的光強(qiáng)的光強(qiáng) 與轉(zhuǎn)角的關(guān)系與轉(zhuǎn)角的關(guān)系 .I31p,p2p2p3p0I1p討論討論17 - 12 17 - 12 光的偏振

8、性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律)2(cos223 II202cos2II 220223sincos21sinIII2sin81203II 若若 在在 間變化，間變化， 如何變化如何變化？203I0,23, ,2, 03I8,47,45,43,403II 0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律空氣空氣i1n 入射面入射面 入射光線和法入射光線和法線所成的平面線所成的平面 . 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)大于平垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng)行于入射面的振動(dòng) . 折射光折射光 部分部

9、分偏振光，平行于入射面的振動(dòng)大偏振光，平行于入射面的振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng)于垂直于入射面的振動(dòng) .理論和實(shí)驗(yàn)證明理論和實(shí)驗(yàn)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光反射與折射時(shí)的偏振光反射與折射時(shí)的偏振玻璃玻璃2n17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）反射光為完全偏振光，且反射光為完全偏振光，且振動(dòng)面垂直入射面，折射振動(dòng)面垂直入射面，折射光為部分偏振光。光為部分偏振光。120tannni 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，1）反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直 .120sinsinnni0

10、0120cossintaniinni)2cos(sincos0i20i討論討論0i0i1n玻璃玻璃2n空氣空氣17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律120tannni tan)2tan(cot0210inni 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 角從角從 介介質(zhì)入射于界面時(shí)，此質(zhì)入射于界面時(shí)，此 角即為布儒斯特角角即為布儒斯特角 .2n1n 2n玻璃玻璃0i0i1n玻璃玻璃2n0i17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律注意注意 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)度約占反射光的強(qiáng)度約占

11、入射光強(qiáng)度的入射光強(qiáng)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0i17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律0i0i0iiii討論討論討論下列光線的反射和折射（討論下列光線的反射和折射（起偏角起偏角 ）.0i17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律1s2ss 討論討論 如圖的裝置如圖的裝置 為偏振片，為偏振片，問下列四種情況，屏上有無干涉條紋？問下列四種情況，屏上有無干涉條紋？pp,p,p211p2pp p451）去掉）去掉 保留保留 2）去掉）去掉 保留保留 3）去

12、掉）去掉 保留保留 4） 都保留都保留 . pp,21p,p p21p,pp,21p,p,pppp,p,p21無（兩振動(dòng)互相垂直）無（兩振動(dòng)互相垂直）無（兩振動(dòng)互相垂直）無（兩振動(dòng)互相垂直）無（無恒定相位差）無（無恒定相位差）有有2p1pp2p1p2p1pp p2p1p p2p1pp p17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律0i0i1n1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 ，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？0i玻璃玻璃2n2 注意：注意：一次一次起

13、偏垂直入射面起偏垂直入射面的振動(dòng)僅很小部的振動(dòng)僅很小部分被反射（約分被反射（約15%）所以）所以反射反射偏振光很弱偏振光很弱 。一一般應(yīng)用般應(yīng)用玻璃片堆玻璃片堆產(chǎn)生偏振光產(chǎn)生偏振光17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律動(dòng)動(dòng) 光光 學(xué)學(xué)雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象波波 動(dòng)動(dòng) 光光 學(xué)學(xué)一一 雙折射的尋常光和非尋常光雙折射的尋常光和非尋常光 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17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律光通過光通過雙折射晶體雙折射晶體17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏

14、振性 馬呂斯定律馬呂斯定律 尋常光線（尋常光線（o o光）光）(ordinary rays)(ordinary rays)服從折射定律的光線服從折射定律的光線(extraordinray rays) 非常光線（非常光線（e e光）光）不服從折射定律的光線不服從折射定律的光線（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(shí)驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)證明： O 光和光和 光均為偏振光光均為偏振光.eACBoeDeo17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律 光軸光軸 在方解石這在方解石這類晶體中存在一個(gè)特殊類晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)光線沿這一的方向，當(dāng)光線

15、沿這一方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象射現(xiàn)象 . 稱這一方向稱這一方向?yàn)榫w的為晶體的光軸光軸.光軸光軸102AB光軸光軸78787810210217 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律 產(chǎn)產(chǎn) 生生 雙雙 折折 射射 的的 原原 因因O光波陣面光波陣面 光波陣面光波陣面eeevcn 光軸光軸Ovev 尋常光線尋常光線 在晶體中在晶體中各方向上傳播速度相同各方向上傳播速度相同. . vcn常量常量 非常光線非常光線 晶體中各晶體中各方向上傳播速度不同方向上傳播速度不同, ,隨隨方向改變而改變方向改變而改變. .為主折射率為主折射率en17 - 12

16、 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律78n evv 0不同的晶體，不同的晶體，e光折射率：光折射率：讓光垂直于光軸入射，對(duì)讓光垂直于光軸入射，對(duì)n e OR OR v0正晶體正晶體-負(fù)晶體負(fù)晶體-evv 0在晶體內(nèi)一個(gè)點(diǎn)波在晶體內(nèi)一個(gè)點(diǎn)波源發(fā)光的波陣面：源發(fā)光的波陣面：78光軸光軸正晶體正晶體負(fù)晶體負(fù)晶體o光光e光光光軸光軸2 2）負(fù)晶體與正晶體）負(fù)晶體與正晶體光軸光軸17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律24光軸在入射面內(nèi)光軸在入射面內(nèi)光軸垂直入射面光軸垂直入射面o光的子波面光的子波面 一定是球面一定是球面e光的子波面光的子波面 肯

17、定不是球面肯定不是球面 是什么樣呢是什么樣呢? ?o光的子波面光的子波面e光的子波面光的子波面e光的子波面是以光軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球面光的子波面是以光軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球面v0 veo光在晶體中各方向上速度相同光在晶體中各方向上速度相同, ,e光各向速度不光各向速度不同。同。思考思考在垂直光軸方向在垂直光軸方向, o 光光e 光兩個(gè)速度差別最大光兩個(gè)速度差別最大.e光垂直于光軸方向的傳播時(shí)光垂直于光軸方向的傳播時(shí)，ve為常數(shù)。為常數(shù)。17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律o光振動(dòng)方向垂直于該光線（在晶體中）與光振動(dòng)方向垂直于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面。光軸組

18、成的平面。 e光振動(dòng)方向平行于該光線（在晶體中）與光振動(dòng)方向平行于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面。光軸組成的平面。即即o光振動(dòng)方向垂直于主平面光振動(dòng)方向垂直于主平面。即即e 光振動(dòng)方向在主平面內(nèi)光振動(dòng)方向在主平面內(nèi)。主平面主平面光線與光軸組成的平面叫該光線的主平面光線與光軸組成的平面叫該光線的主平面0710109光軸光軸 光光 光光eo17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律0710109光軸光軸 主截面主截面 當(dāng)光在一晶體表面入射時(shí)，此表當(dāng)光在一晶體表面入射時(shí)，此表面的法線與光軸所成的平面面的法線與光軸所成的平面. 當(dāng)當(dāng)入射面入射面是主截面時(shí)，是主截面時(shí)

19、， O光光e光的光的主平面主平面重合并重合并同在主截面同在主截面內(nèi)內(nèi), O 光的振動(dòng)光的振動(dòng)垂直垂直主截面；主截面； 光的振動(dòng)光的振動(dòng)平行平行于主截面于主截面.e0710109光軸光軸 光光 光光eo主平面主平面-光軸和晶體內(nèi)任一條折射光線組成的平面。光軸和晶體內(nèi)任一條折射光線組成的平面。17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律27o 光光在晶體內(nèi)任意點(diǎn)所引起的波陣面是球面。在晶體內(nèi)任意點(diǎn)所引起的波陣面是球面。即具有各向同性的傳播速率。即具有各向同性的傳播速率。e e光在晶體內(nèi)任意點(diǎn)所引起的波陣面是橢球面。光在晶體內(nèi)任意點(diǎn)所引起的波陣面是橢球面。沿光軸方向與沿

20、光軸方向與o o光光具有相同的速率。具有相同的速率。e光光波面波面o光光波面波面光軸方向光軸方向負(fù)晶如方解石負(fù)晶如方解石CaCOCaCO3 3e光光波面波面o光光波面波面光軸方向光軸方向正晶如石英正晶如石英SiOSiO2 22.2. 惠更斯原理在雙折射現(xiàn)象中的應(yīng)用惠更斯原理在雙折射現(xiàn)象中的應(yīng)用 確定波陣面的作圖法確定波陣面的作圖法v0 ve17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律28光軸光軸AFEeOeOo o光可用折射定律計(jì)算，光可用折射定律計(jì)算，e e光不服從折射定律光不服從折射定律雙折射雙折射oo1sinsinnineninsinsine1平行光傾斜入射

21、，光軸在入射面內(nèi)，平行光傾斜入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸與晶體表面斜交光軸與晶體表面斜交17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律29光軸光軸AEBFEFo光與光與e光沿同方向傳播光沿同方向傳播平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸平行晶體表面光軸平行晶體表面o光光與與e光光具有具有相互垂直相互垂直的偏振方向的偏振方向,且且速度相差最大速度相差最大.雙折射雙折射OOee17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律3000sinsinnci0veencievsinsin ict光軸光軸方解石晶體方解石晶體v

22、otve eto eo e光軸平行于晶體表面且垂直于入射面，光軸平行于晶體表面且垂直于入射面， 自然光斜入射自然光斜入射方解石是負(fù)軸晶體方解石是負(fù)軸晶體（ no ne）e 0ne為晶體對(duì)為晶體對(duì)e光的主折射率，即光的主折射率，即e光光在垂直于光軸方向的折射率。在垂直于光軸方向的折射率。 v0 ne ) 則則根據(jù)折射定律，根據(jù)折射定律，e光的折射光的折射角大于角大于o光的折射角；光的折射角；e光的主平面現(xiàn)垂直圖面，光的主平面現(xiàn)垂直圖面，e e光振動(dòng)方向在主平面內(nèi)光振動(dòng)方向在主平面內(nèi),所以所以e光振動(dòng)方向以點(diǎn)表光振動(dòng)方向以點(diǎn)表示。示。e光光o光光0eo o光的振動(dòng)方向垂直主平光的振動(dòng)方向垂直主平面

23、，面， o光的主平面現(xiàn)也光的主平面現(xiàn)也垂直圖面，垂直圖面，所以所以o光振動(dòng)光振動(dòng)方向以線表示。方向以線表示。17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律AACD D五）偏振棱鏡五）偏振棱鏡自然光自然光光軸光軸6871o光光e光光76CFFCABNMDFEBAD截面重合。且主平面與主面為其主平面，面內(nèi)傳播入射光在ACDFACDF,68將方解石晶體兩端將方解石晶體兩端的天然晶面磨成與的天然晶面磨成與棱邊棱邊CD成成68角，然角，然后將晶體沿后將晶體沿AMDN剖開，再用加拿大剖開，再用加拿大樹膠將剖面粘合即樹膠將剖面粘合即成成方解石方解石1）尼科爾棱鏡（）尼科爾棱鏡（W

24、Nicol 1928年）年）17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律二二 尼科耳棱鏡尼科耳棱鏡658. 1on486. 1en55. 1膠nBCAD904868 光光O光光e加拿大樹膠加拿大樹膠光。成過程：自然光入射，分eo,70658. 1550. 1arcsin臨介i樹膠方解石nno 樹膠方解石nne767117 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律尼科耳棱鏡可用于起偏和檢偏尼科耳棱鏡可用于起偏和檢偏09017 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律35產(chǎn)生兩束互相分開的、振動(dòng)互相垂直的平面偏振

25、光。產(chǎn)生兩束互相分開的、振動(dòng)互相垂直的平面偏振光。3.3 渥拉斯頓（渥拉斯頓（Wollaston)棱鏡的構(gòu)造：棱鏡的構(gòu)造：3.4 渥氏棱鏡的作用渥氏棱鏡的作用：由兩塊光軸互相垂直的方解石直角棱鏡組成。由兩塊光軸互相垂直的方解石直角棱鏡組成。光光軸軸光軸光軸ABD方解石是負(fù)軸晶體（方解石是負(fù)軸晶體（no ne）17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律36（1）光在兩塊方解石中都是）光在兩塊方解石中都是垂直光軸傳播。垂直光軸傳播。（2）當(dāng)自然光垂直入射）當(dāng)自然光垂直入射AB表表面后，面后，在第一塊棱鏡中在第一塊棱鏡中o光光和和e光光以不同速度沿同一方向傳播。以不同

26、速度沿同一方向傳播。方解石是負(fù)晶方解石是負(fù)晶no n樹膠樹膠ne（3）當(dāng)它們先后進(jìn)入第二塊棱）當(dāng)它們先后進(jìn)入第二塊棱鏡時(shí)，第一塊棱鏡中的鏡時(shí)，第一塊棱鏡中的o光光在第在第二塊棱鏡中變成二塊棱鏡中變成e光光，靠近法向，靠近法向;第一塊棱鏡中的第一塊棱鏡中的e光在第二塊棱光在第二塊棱鏡中變成鏡中變成o光，遠(yuǎn)離法向。光，遠(yuǎn)離法向。3.5 渥氏棱鏡的原理渥氏棱鏡的原理ABe 017 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律光光軸軸光軸光軸o光光e光光O光光e光光eovv eovv 2）渥氏棱鏡（）渥氏棱鏡（Wouaston）光軸光軸o光光e光光O光、光、e光是相對(duì)主截面而言

27、的光是相對(duì)主截面而言的O光垂直主截面，光垂直主截面，e光平行主截面光平行主截面nvCrisinsinO、e二光通過晶體二光通過晶體后被分得很開，從后被分得很開，從而獲得偏振光。而獲得偏振光。光軸光軸光軸光軸17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律385 *偏振光的干涉偏振光的干涉1. 圓偏振光和橢圓偏振光圓偏振光和橢圓偏振光兩個(gè)兩個(gè)同頻率相互垂直的同頻率相互垂直的線偏振光合成，根據(jù)它們的相位線偏振光合成，根據(jù)它們的相位差和振幅決定了其合成結(jié)果為圓偏振，或?yàn)闄E圓偏振光。差和振幅決定了其合成結(jié)果為圓偏振，或?yàn)闄E圓偏振光。 復(fù)習(xí)復(fù)習(xí): : 兩個(gè)同頻率的相互垂直的分運(yùn)

28、動(dòng)位移表達(dá)式兩個(gè)同頻率的相互垂直的分運(yùn)動(dòng)位移表達(dá)式)cos(101tAx)cos(202tAy消時(shí)間參數(shù)，得消時(shí)間參數(shù)，得)(sin)cos(210202102021222212AyAxAyAx合運(yùn)動(dòng)一般是在合運(yùn)動(dòng)一般是在2A1 1 ( x 向向)、2A2 2 ( y 向向)范圍內(nèi)的一個(gè)橢范圍內(nèi)的一個(gè)橢圓。圓。 橢圓的性質(zhì)橢圓的性質(zhì)( (方位、長短軸、左右旋方位、長短軸、左右旋 ) )在在A1、A2確定之后確定之后, ,主要決定于主要決定于 = = 20- 10 。17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律39幾種特殊情況：幾種特殊情況：102002434523

29、47417 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律40d線偏振光線偏振光光軸光軸1.1 橢圓偏振光和圓偏振光的獲得方法橢圓偏振光和圓偏振光的獲得方法 線偏振光透過雙折射晶片后形成線偏振光透過雙折射晶片后形成o o光和光和e e光光（兩個(gè)同頻率相互垂直的線偏振光兩個(gè)同頻率相互垂直的線偏振光），它們的），它們的相位差相位差和和振幅振幅決定了其合成結(jié)果為圓偏振，或?yàn)闄E圓偏振光。決定了其合成結(jié)果為圓偏振，或?yàn)闄E圓偏振光。 AyxAoAeAAoAe 光軸光軸17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律411.2 波片波片( (又稱相位延遲片又稱

30、相位延遲片) ) 波片波片是按一定要求切割（例如光軸平行于表面）是按一定要求切割（例如光軸平行于表面）的晶體薄片。的晶體薄片。 通過厚為通過厚為d 的晶片，的晶片，o、e光產(chǎn)生光產(chǎn)生相位差相位差：dnne20AAoAe 光軸光軸 2o o光和光和e e光的光的振幅振幅，與，與晶片光軸和晶片光軸和入射的入射的線偏振光振動(dòng)方向線偏振光振動(dòng)方向的的夾角夾角 有關(guān)：有關(guān)：cossinAAAAeo17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律42從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動(dòng)方向相互垂直、從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動(dòng)方向相互垂直、頻率相等、相位差為頻率相等、相位差為

31、 的線偏振光，的線偏振光，AAoAe 光軸光軸 通過厚為通過厚為d 的晶片，的晶片，o、e光產(chǎn)生相位差：光產(chǎn)生相位差：dnne20 (1) (1) 四分之一波片四分之一波片240dnne從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反或相反）4線偏振光線偏振光圓偏振光圓偏振光240，線偏振光線偏振光橢圓偏振光橢圓偏振光eAA 02cos,sinAAAAeo17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律43橢圓偏振光和圓偏振光定義：橢圓偏振光和圓偏振光定義： 光矢量光矢量 在沿著光的傳播方向前進(jìn)的同時(shí)，在沿著光的傳播方向前進(jìn)的同時(shí)，還繞著傳播方向均勻轉(zhuǎn)

32、動(dòng)。如果光矢量的大小不還繞著傳播方向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。如果光矢量的大小不斷改變，使其端點(diǎn)描繪出一個(gè)橢圓，這種光稱橢斷改變，使其端點(diǎn)描繪出一個(gè)橢圓，這種光稱橢圓偏振光。如果光矢量的大小保持不變，這種光圓偏振光。如果光矢量的大小保持不變，這種光稱圓偏振光。稱圓偏振光。右旋偏振光中光矢量旋轉(zhuǎn)示意圖右旋偏振光中光矢量旋轉(zhuǎn)示意圖ZoY17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律44(2) (2) 二分之一波片二分之一波片20dnne在在 /2片前片前01,3象限的振動(dòng)象限的振動(dòng)過過 /2片后片后2,4象限的振動(dòng)象限的振動(dòng)使線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過使線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過2 2 角度。角度。注

33、意注意: /2波片波片 /4 波片波片 必須指明波長必須指明波長經(jīng)二分之一波片后，經(jīng)二分之一波片后， o光光e 光光相位差為相位差為 ，合成為線偏振光，合成為線偏振光Ae入入= Ae出出 A0入入A入入光軸光軸Ae入入 A0出出A出出Ae出出017 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律45(3) (3) 橢圓偏振光與圓偏振光的檢偏橢圓偏振光與圓偏振光的檢偏用四分之一波片和偏振片用四分之一波片和偏振片P 可區(qū)分出可區(qū)分出入射光是入射光是 1.自然光或圓偏振光自然光或圓偏振光 2.部分偏振光或橢圓偏振光部分偏振光或橢圓偏振光d偏振片偏振片P偏振化方向偏振化方向入射光

34、入射光波片4117 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律46橢圓與圓偏振光的檢偏橢圓與圓偏振光的檢偏用四分之一波片和偏振片用四分之一波片和偏振片P 可區(qū)分出自然光和圓可區(qū)分出自然光和圓偏振光或部分偏振光和橢圓偏振光偏振光或部分偏振光和橢圓偏振光 (1) (1) 自然光與圓偏振光的區(qū)別自然光與圓偏振光的區(qū)別結(jié)論：以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片光強(qiáng)無變化。結(jié)論：以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片光強(qiáng)無變化。當(dāng)入射光是自然光時(shí)：當(dāng)入射光是自然光時(shí)：IoI1I2自然光自然光o,e光光波片41偏振片偏振片光軸光軸17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定

35、律47結(jié)論：以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片光強(qiáng)有變結(jié)論：以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片光強(qiáng)有變化，出現(xiàn)最大光強(qiáng)和消光現(xiàn)象?；?，出現(xiàn)最大光強(qiáng)和消光現(xiàn)象。當(dāng)入射光是當(dāng)入射光是圓偏振光時(shí)：圓偏振光時(shí)：PI2偏振片偏振片IoC圓偏振光圓偏振光波片41I1線偏振光線偏振光光軸光軸17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律48 (2) (2) 部分偏振光與橢圓偏振光的區(qū)別部分偏振光與橢圓偏振光的區(qū)別當(dāng)入射光是部分偏振光時(shí)：當(dāng)入射光是部分偏振光時(shí)：結(jié)論：以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片光強(qiáng)有變結(jié)論：以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片光強(qiáng)有變化，但無消光現(xiàn)象?；?，但無消光現(xiàn)象。IoI1I2部分偏振光

36、部分偏振光波片41部分偏振光部分偏振光偏振片偏振片光軸光軸17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律49結(jié)論：以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片光結(jié)論：以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片光強(qiáng)有變化，出現(xiàn)最大光強(qiáng)和消光現(xiàn)象。強(qiáng)有變化，出現(xiàn)最大光強(qiáng)和消光現(xiàn)象。當(dāng)入射光是橢圓偏振光時(shí)：當(dāng)入射光是橢圓偏振光時(shí)：光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置PI1CI2Io橢圓偏振光橢圓偏振光波片41線偏振光線偏振光偏振片偏振片17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律502.1 2.1 偏振光干涉裝置偏振光干涉裝置 P1 的出射光為

37、線偏振光，經(jīng)的出射光為線偏振光，經(jīng)C 成為成為o、e 兩束偏振光，再經(jīng)兩束偏振光，再經(jīng)P2 后，發(fā)生干后，發(fā)生干涉。涉。2.2. 偏振光的干涉偏振光的干涉d晶片晶片C 偏振片偏振片P2 單色單色自然光自然光偏振片偏振片P1偏振化方向偏振化方向光軸方向光軸方向偏振化方向偏振化方向17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律512.2 2.2 偏振光干涉的分析偏振光干涉的分析（1 1） 振幅關(guān)系振幅關(guān)系sin1AAocos1AAe通過通過P P2 2 后，兩束光的振動(dòng)方向平行，后，兩束光的振動(dòng)方向平行，振幅為：振幅為：cossincos12AAAoooeeAAAA21

38、2cossinsind晶片晶片C 偏振片偏振片P2 單色單色自然光自然光偏振片偏振片P1偏振化方向偏振化方向光軸方向光軸方向偏振化方向偏振化方向P2P1CA1AeAo P1 的出射光為線偏的出射光為線偏振光，經(jīng)振光，經(jīng)C 成為成為o、e 兩束偏振光，再兩束偏振光，再經(jīng)經(jīng)P2 后，發(fā)生干涉。后，發(fā)生干涉。A2oA2e17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律52通過晶體通過晶體C后的兩束光是相干光，相位差為：后的兩束光是相干光，相位差為：oecnnd2通過通過P P2 2 后相位差為：后相位差為：oecnnd2（2 2）相位關(guān)系相位關(guān)系), 2 , 1(,2122

39、knnkdkoe相長干涉相長干涉相消干涉相消干涉oennkdk) 12(P2P1CA1AeAo A2oA2e17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律53若為單色光入射，且晶片若為單色光入射，且晶片d 不均勻，則屏上出不均勻，則屏上出 現(xiàn)現(xiàn)等厚干涉條紋等厚干涉條紋。若為白光入射，有以下情況：若為白光入射，有以下情況： 如晶片如晶片d 均勻，屏上由于某種顏色干涉相消，而均勻，屏上由于某種顏色干涉相消，而 呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色，這叫（顯）呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色，這叫（顯）色偏振色偏振。 如如 晶片晶片d 不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。如如 紅色相消紅色相

40、消綠色；藍(lán)色相消綠色；藍(lán)色相消黃色。黃色。任何兩種彩色如果混合起來為白色，任何兩種彩色如果混合起來為白色，則這兩種色互為互補(bǔ)色。則這兩種色互為互補(bǔ)色。 17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律54石英劈尖的偏振光干涉（等厚條紋）石英劈尖的偏振光干涉（等厚條紋）單色光入射，且晶片單色光入射，且晶片d 不均勻，則屏上出不均勻，則屏上出 現(xiàn)等厚干涉條紋。現(xiàn)等厚干涉條紋。17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律55硫代硫酸鈉晶片的色偏振圖片硫代硫酸鈉晶片的色偏振圖片若為白光入射，若為白光入射， 如晶片如晶片d 均勻，屏上由于某種顏色干

41、涉相消，均勻，屏上由于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色，這叫（顯）而呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色，這叫（顯）色偏振色偏振。如晶片如晶片d 不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。 17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律56色偏振色偏振是檢驗(yàn)材料有無雙折射效應(yīng)的靈敏方法是檢驗(yàn)材料有無雙折射效應(yīng)的靈敏方法 用顯微鏡觀察各種材料在白光下的色偏振可以分用顯微鏡觀察各種材料在白光下的色偏振可以分析物質(zhì)內(nèi)部的某些結(jié)構(gòu)析物質(zhì)內(nèi)部的某些結(jié)構(gòu)偏光顯微術(shù)偏光顯微術(shù)利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過程利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過程17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬

42、呂斯定律馬呂斯定律57利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過程利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過程17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律58利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過程利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過程17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律596 人人工工雙折射雙折射及其應(yīng)用及其應(yīng)用 各向同性的非晶體和某些液體，在人為條件下，各向同性的非晶體和某些液體，在人為條件下，變成各向異性而產(chǎn)生雙折射的現(xiàn)象稱人工雙折射。變成各向異性而產(chǎn)生雙折射的現(xiàn)象稱人工雙折射。一、應(yīng)力雙折射：一、應(yīng)力雙折射： 塑料、玻璃等非晶體物質(zhì)在機(jī)械力作用下塑料、玻璃等非晶體物質(zhì)在機(jī)

43、械力作用下產(chǎn)生變形時(shí)，能產(chǎn)生產(chǎn)生變形時(shí)，能產(chǎn)生各向異各向異性性的性質(zhì)，和單軸的性質(zhì)，和單軸晶體一樣，可以產(chǎn)生雙折射。利用這種性質(zhì)，晶體一樣，可以產(chǎn)生雙折射。利用這種性質(zhì)，在工程上可以制成各種機(jī)械零件的透明塑料模在工程上可以制成各種機(jī)械零件的透明塑料模型，然后模擬零件的受力情況型，然后模擬零件的受力情況，觀察、分析偏觀察、分析偏振光的色彩和條紋分布，從而判斷零件內(nèi)部的振光的色彩和條紋分布，從而判斷零件內(nèi)部的應(yīng)力分布。這種方法稱為光彈性方法。應(yīng)力分布。這種方法稱為光彈性方法。17 - 12 17 - 12 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律60應(yīng)力應(yīng)力各向異性各向異性v 各向不同各向不同n 各向不同各向不同SFknnoe在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：光彈性效應(yīng)光彈性效應(yīng)經(jīng)經(jīng)人為雙折射產(chǎn)生的人為雙折射產(chǎn)生的e光與光與o光