理科物理光學(xué)10

1、2012-12-20劉慶國-衍射1小小 結(jié)結(jié)(1)、光的偏振態(tài)、光的偏振態(tài)常見的光矢量振動狀態(tài)常見的光矢量振動狀態(tài)偏振態(tài)包括偏振態(tài)包括 5 種：種：橢圓偏振光橢圓偏振光振動面振動面-光矢量與光的傳播方向組成的平面。光矢量與光的傳播方向組成的平面。線偏振光線偏振光自然光自然光部分偏振光部分偏振光圓偏振光圓偏振光2012-12-20劉慶國-衍射2(2)、起偏與檢偏、起偏與檢偏(3)、馬呂斯定律、馬呂斯定律 20IIcos 起偏起偏器器1P檢偏器檢偏器2P透射偏振光的強度透射偏振光的強度入射偏振光的強度入射偏振光的強度振動面與偏振化方向的夾角振動面與偏振化方向的夾角0I20II小小 結(jié)結(jié)要要 求求1

2、、了解光的五種偏振狀態(tài)、了解光的五種偏振狀態(tài)2、理解偏振光的獲得方法和檢驗方法、理解偏振光的獲得方法和檢驗方法3、理解馬呂斯定律、理解馬呂斯定律2012-12-20劉慶國-衍射3演示演示22-3 馬呂斯定律馬呂斯定律.mpg 20IIcos cos0EE 4 4、馬呂斯定律、馬呂斯定律設(shè)偏振光的強度設(shè)偏振光的強度 I0 垂直入射偏振片，垂直入射偏振片，振動面與偏振化方向夾角如圖，振動面與偏振化方向夾角如圖，透射光強度透射光強度 I0IIP E0E 24-2 偏振光的獲得與檢驗偏振光的獲得與檢驗2012-12-20劉慶國-衍射4(1)光強光強明明-暗暗-明明變化，為變化，為線偏振光線偏振光 (2

3、)光強光強強弱變化強弱變化，為，為部分偏振光部分偏振光或或橢圓偏振光橢圓偏振光(3)光強光強不變化不變化，為，為自然光自然光或或圓偏振光圓偏振光檢偏過程檢偏過程以光線為軸，旋轉(zhuǎn)以光線為軸，旋轉(zhuǎn)P2 觀察透過觀察透過P2 的光強的光強 20IIcos 1P2P0I20II0I I0 50.24-2 偏振光的獲得與檢驗偏振光的獲得與檢驗2012-12-20劉慶國-衍射5思考題思考題P1 P2 垂直垂直1P0I20I0I 2P0I3P0I2? I1P2P24-2 偏振光的獲得與檢驗偏振光的獲得與檢驗2012-12-20劉慶國-衍射6 光強為光強為 I0 的自然光相繼通過偏振片的自然光相繼通過偏振片P

4、1、P2、P3 ，光，光強變?yōu)閺娮優(yōu)?I0 / 8，已知，已知 P1 P3 ，求，求 P1、P2 間夾角為多少間夾角為多少?例題例題- -1解：分析作圖解：分析作圖2P3P1P0I1I2I3I2II01 212IIcos 22223I2IIsin)(cos 8I2I0220 sincos 3P2P1P 45 12 sin cossinsin22 2012-12-20劉慶國-衍射7 自然光強度自然光強度 I0，連續(xù)通過，連續(xù)通過 4 塊偏振片，相鄰兩塊偏振塊偏振片，相鄰兩塊偏振片偏振化方向夾角片偏振化方向夾角30，忽略光的吸收，求透射光強度。，忽略光的吸收，求透射光強度。例題例題- -201I2

5、1I 212IIcos 223IIcos 234IIcos 60I21cos 6023I21)( 0I210. 0I3I1I2I4I解：解：2012-12-20劉慶國-衍射8例題例題- -3 一束光是自然光和線偏振光的混合光，垂直通過一偏一束光是自然光和線偏振光的混合光，垂直通過一偏振片，若以此入射光束為軸旋轉(zhuǎn)偏振片，測得透射光強度的最大振片，若以此入射光束為軸旋轉(zhuǎn)偏振片，測得透射光強度的最大值是最小值的值是最小值的 5 倍，求入射光中自然光與線偏振光的強度之比。倍，求入射光中自然光與線偏振光的強度之比。 解：解：設(shè)自然光強度設(shè)自然光強度I0 偏振光強度偏振光強度I110II21I max則：

6、則：0I21I min5II minmax21II10 1P1I0I2012-12-20劉慶國-衍射9 24-3 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振(1)、反射光反射光為為部分偏振光部分偏振光，且垂直入射面的振動較強，且垂直入射面的振動較強(2)、折射光折射光也為也為部分偏振光部分偏振光，且平行入射面的振動較強，且平行入射面的振動較強自然光入射在兩種媒質(zhì)的分界面上時，會發(fā)生自然光入射在兩種媒質(zhì)的分界面上時，會發(fā)生反射反射和和折射折射。入射面入射面-入射光線與入射光線與法線所決定的平面。法線所決定的平面。i2n1n 實驗發(fā)現(xiàn)實驗發(fā)現(xiàn)2012-12-20劉慶國-衍射10布儒斯特定律布儒斯特定

7、律當(dāng)入射角滿足當(dāng)入射角滿足120nntgi 0i稱為稱為起偏角起偏角，布儒斯特角布儒斯特角反射光與折射光線垂直反射光與折射光線垂直由折射定律：由折射定律：120nni sinsin000iitgicossin 0icossin 2i0 0i21nn 反射光反射光為為線偏振光線偏振光反射光矢量垂直入射面反射光矢量垂直入射面 24-3 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振2012-12-20劉慶國-衍射11 平行玻璃板上表面反射光是偏振光，平行玻璃板上表面反射光是偏振光，上表面的折射角等于下上表面的折射角等于下表面的入射角。表面的入射角。下表面的反射光下表面的反射光已知玻璃的折射率已知玻璃的折

8、射率 n =1.5，求玻璃的布儒斯特角，求玻璃的布儒斯特角?例題例題-451nntgi120. 56i0解：解：1n2n1n 0i21nntg 下表面的反射光為完全線偏振光。下表面的反射光為完全線偏振光。 90i0 cossin 0i sinsin201nin sincos21nn 2012-12-20劉慶國-衍射12 0i自然光自然光近于偏振光近于偏振光 偏振光偏振光 反射光反射光為完全線偏振光，但光強較弱；為完全線偏振光，但光強較弱；折射光折射光為部分偏振光，為部分偏振光，但光強較強。但光強較強。欲使反射光增強，可以使用欲使反射光增強，可以使用玻璃片堆玻璃片堆，當(dāng)玻璃片足當(dāng)玻璃片足夠多時，

9、反射光的強度加強；透射光逐漸成為偏振光，偏振化程夠多時，反射光的強度加強；透射光逐漸成為偏振光，偏振化程度增強，偏振化方向與反射偏振光的垂直。度增強，偏振化方向與反射偏振光的垂直。演示演示22-4 布儒斯特定律布儒斯特定律.mpg2012-12-20劉慶國-衍射13解：由布儒斯特定律解：由布儒斯特定律n1nnntgi120 54157tgtgin0. 利用此方法可以測量不透明媒質(zhì)的折射率。利用此方法可以測量不透明媒質(zhì)的折射率。 用布儒斯特定律不僅可以測量透明物體的折射率，而用布儒斯特定律不僅可以測量透明物體的折射率，而且還能測量不透明物體的折射率。已知某種且還能測量不透明物體的折射率。已知某種

10、不透明媒質(zhì)不透明媒質(zhì)的布儒斯的布儒斯特角特角 求該種媒質(zhì)的折射率求該種媒質(zhì)的折射率?例題例題-5 57i00i1n2n2012-12-20劉慶國-衍射14畫出下列圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態(tài)。畫出下列圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態(tài)。例題例題-61n2n2n0i1n1n2n0i1n2n1n2n0i1n2n2012-12-20劉慶國-衍射151、光學(xué)各向同性媒質(zhì)、光學(xué)各向同性媒質(zhì) 24-4 24-4 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 光的傳播速度與光的傳播方向光的傳播速度與光的傳播方向無關(guān)；與光的偏振狀態(tài)無關(guān)。無關(guān)；與光的偏振狀態(tài)無關(guān)。 點光源發(fā)光，任意時刻的波陣點光源發(fā)光，任意時刻的波陣面

11、都是球面。面都是球面。例如：玻璃、水例如：玻璃、水光在兩種媒質(zhì)分界面上發(fā)生的反光在兩種媒質(zhì)分界面上發(fā)生的反射和折射，遵循反射定律和折射射和折射，遵循反射定律和折射定律。定律。i21nn i 2012-12-20劉慶國-衍射162 2、光學(xué)各向異性媒質(zhì)、光學(xué)各向異性媒質(zhì)21 1 2 21 1 2 光在光在各向異性各向異性媒質(zhì)媒質(zhì)傳播時，傳播時，光的傳播速度與光傳播光的傳播速度與光傳播方向方向有關(guān)；與光的有關(guān)；與光的偏振狀態(tài)偏振狀態(tài)有關(guān)。有關(guān)。例如：例如： 石英、方解石。石英、方解石。 演示演示22-5 光的雙折射現(xiàn)象光的雙折射現(xiàn)象.swf 演示演示22-6 光的雙折射實驗光的雙折射實驗.mpg

12、24-4 24-4 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象2012-12-20劉慶國-衍射173、雙折射現(xiàn)象、雙折射現(xiàn)象一束自然光入射在各向異性媒質(zhì)分界面上，產(chǎn)生兩束折射光。一束自然光入射在各向異性媒質(zhì)分界面上，產(chǎn)生兩束折射光。實驗發(fā)現(xiàn)：兩束光折射光中實驗發(fā)現(xiàn)：兩束光折射光中一條總是遵循折射定律一條總是遵循折射定律-稱為稱為尋常光線尋常光線- o 光光另一條不遵循折射定律另一條不遵循折射定律-稱為稱為非常光線非常光線- e 光光用檢偏器檢驗發(fā)現(xiàn)用檢偏器檢驗發(fā)現(xiàn)-o 光、光、e 光都是線偏振光。光都是線偏振光。注意：注意：只有在各向異性晶體內(nèi)只有在各向異性晶體內(nèi)部有部有 o 光光 e 光之分光之分21 2 1 2

13、4-4 24-4 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象2012-12-20劉慶國-衍射18 光學(xué)各向異性的晶體內(nèi)，存在著特光學(xué)各向異性的晶體內(nèi)，存在著特殊的方向，在該方向上，不產(chǎn)生雙折殊的方向，在該方向上，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。該方向稱為晶體的射現(xiàn)象。該方向稱為晶體的光軸光軸。注意：光軸是一個特定的方向，而不是特定的直線。注意：光軸是一個特定的方向，而不是特定的直線。單軸晶體單軸晶體-方解石、石英、紅寶石方解石、石英、紅寶石雙軸晶體雙軸晶體-云母、硫磺、藍寶石云母、硫磺、藍寶石4、晶體的光軸、晶體的光軸 24-4 24-4 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象2012-12-20劉慶國-衍射19小小 結(jié)結(jié)(1)、光的偏振態(tài)、光的

14、偏振態(tài)常見的光矢量振動狀態(tài)常見的光矢量振動狀態(tài)偏振態(tài)包括偏振態(tài)包括 5 種：種：橢圓偏振光橢圓偏振光振動面振動面-光矢量與光的傳播方向組成的平面。光矢量與光的傳播方向組成的平面。線偏振光線偏振光自然光自然光部分偏振光部分偏振光圓偏振光圓偏振光2012-12-20劉慶國-衍射20(2)、起偏與檢偏、起偏與檢偏(3)、馬呂斯定律、馬呂斯定律 20IIcos 起偏起偏器器1P檢偏器檢偏器2P(4)、反射光為部分偏振光、反射光為部分偏振光 折射光為部分偏振光折射光為部分偏振光透射偏振光的強度透射偏振光的強度入射偏振光的強度入射偏振光的強度振動面與偏振化方向的夾角振動面與偏振化方向的夾角i21nn 0I20II2012-12-20劉慶國-衍射21(5)、布