大學(xué)物理：8-4 光的偏振

1、物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律8-48-4 光的偏振光的偏振物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 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)械波穿過狹縫物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 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)方向：一般光源發(fā)出的光

2、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（軸對的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等（軸對稱）這樣的光叫自然光稱）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為獨(dú)的互為獨(dú)立的（立的（無確定無確定的的相位相位關(guān)系）振幅相關(guān)系）振幅相等的光振動表示等的光振動表示 , 并各具有并各具有一半一半的的振動能量振動能量 .符號表示符號表示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 . 二互相垂直方向是任選的二互相垂直方向是任選的 .物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 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

3、光（線偏振光）（線偏振光）符號表示符號表示 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振動比與之垂直方：某一方向的光振動比與之垂直方向上的光振動占優(yōu)勢的光為部分偏振光向上的光振動占優(yōu)勢的光為部分偏振光 .光振動只沿某一固定方向的光光振動只沿某一固定方向的光 .振動面振動面vE符號表示符號表示物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 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動某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動 , 而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動通過而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動通過, 這種

4、性質(zhì)稱二這種性質(zhì)稱二向色性向色性 . 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)，它當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過，這個(gè)方向叫此偏振片的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偏振化方向 .021I偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器0I物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 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 偏偏起偏器起偏器物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律NM

5、三馬呂斯定律三馬呂斯定律（1880 年）年）E0Ecos0EE 2020EEII檢偏器檢偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII 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)度為出射光的強(qiáng)度為0I物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律021II 自然光自然光I I0 0線偏振光線偏振光I I 線偏振光線偏振光II起偏器起偏器檢偏器檢偏器偏振化方向偏振化方向202cos21cosIII消光，若, 02:minII0max210:III ，若物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版

6、）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律（1）若自然光入射到偏振片上，則以入射光線為若自然光入射到偏振片上，則以入射光線為軸轉(zhuǎn)動一周，則透射光光強(qiáng)不變。軸轉(zhuǎn)動一周，則透射光光強(qiáng)不變。（2）線偏振光入射到偏振片上后，偏振片旋轉(zhuǎn)一線偏振光入射到偏振片上后，偏振片旋轉(zhuǎn)一周（以入射光線為軸）過程中，發(fā)現(xiàn)透射光兩次最周（以入射光線為軸）過程中，發(fā)現(xiàn)透射光兩次最明和兩次消光。明和兩次消光。（3）若部分偏振光入射到偏振片上，則以入射光）若部分偏振光入射到偏振片上，則以入射光線為軸轉(zhuǎn)動一周，則透射光有兩次最明和兩次最暗線為軸轉(zhuǎn)動一周，則透射光有兩次最明和兩次最暗（但不消光）。（但不消光

7、）。討論：討論：自然光，偏振光，部分偏振光入射到旋轉(zhuǎn)的偏振片上自然光，偏振光，部分偏振光入射到旋轉(zhuǎn)的偏振片上15-5 偏偏振振物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律例例1. 如何用實(shí)驗(yàn)判斷光束是如何用實(shí)驗(yàn)判斷光束是(1)線偏振光；線偏振光；(2)部分偏振光；部分偏振光；(3)自然光自然光?答：使用偏振片可以分辨三種光束。答：使用偏振片可以分辨三種光束。 將偏振片以光的傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動，出射光將偏振片以光的傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動，出射光強(qiáng)不發(fā)生改變的是自然光；強(qiáng)不發(fā)生改變的是自然光； 發(fā)生改變，當(dāng)轉(zhuǎn)一周后，若有兩次光強(qiáng)最大，發(fā)生改變，當(dāng)轉(zhuǎn)

8、一周后，若有兩次光強(qiáng)最大，兩次消光的是線偏振光；兩次消光的是線偏振光； 若出射光強(qiáng)發(fā)生改變，但沒有消光的是部分若出射光強(qiáng)發(fā)生改變，但沒有消光的是部分偏振光。偏振光。物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律 例例2 有兩個(gè)偏振片有兩個(gè)偏振片,一個(gè)用做起偏器一個(gè)用做起偏器, 一個(gè)用做檢一個(gè)用做檢偏器偏器. 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

9、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 .220I210I經(jīng)過檢偏器后經(jīng)過檢偏器后30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021IIII物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律212cosII 3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121I

10、I 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)動討論轉(zhuǎn)動 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討論討論物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 馬呂斯定律馬呂斯定律)2(cos223II202cos2II 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

11、0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）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大于平垂直于入射面的振動大于平行于入射面的振動行于入射面的振動 . 折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的振動大偏振光，平行于入射面的振動大于垂直于入射面的振動于垂直于入射面的振動 .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2n物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）

12、2n空氣空氣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，且振動面垂直入射面，折射振動面垂直入射面，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 .120sinsinnni00120cossintaniinni)2cos(sincos0i20i討論討論0i0i1n玻璃玻璃物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）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

13、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2n0i物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）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(qiáng)度約占反射光的強(qiáng)度約占入射光強(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0i物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）有反射光干擾的櫥窗有反射光干擾的櫥窗在照相機(jī)鏡頭前加偏振片在照相機(jī)鏡頭前加偏振片消除了反射光的干擾消除了反射光的干擾物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）0i0i0iiii討論討論討論下列光線的反射和折射（討論下列光線的

14、反射和折射（起偏角起偏角 ）.0i物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）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（兩振動互相垂直）無（兩振動互相垂直）無（兩振動互相垂直）無（兩振動互相垂直）無（無恒定相位差）無（無恒定相位差）有有2p1pp2p1p2p1pp p2p1p p2p1pp p第十四章第十四章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）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)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第十四章第十四章 波動光學(xué)波動光學(xué)物理學(xué)教程物理學(xué)教程（第二版）（第二版）光通過光通過雙折射晶體雙折射晶體第十四章第十