2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：偏振光的獲得和檢測(cè)

1、偏振光的獲得和檢測(cè)12偏振光的獲得和檢測(cè) 一、偏振光的獲得 1. 布儒斯特定律 光從折射率為 n1 的介質(zhì)射向折射率為 n2 的介質(zhì)，當(dāng)入射角 等于某一定值 滿足：反射光成為振動(dòng)方向垂直于入射面的完全偏振光。稱為起偏角或布魯斯特角。3當(dāng)入射角為起偏角時(shí)，反射光與折射光互相垂直。n2n1理論實(shí)驗(yàn)表明：反射所獲得的線偏光僅占入射自然光總能量的7.4%，而約占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。1.51.51.51.01.01.01.0為了增加折射光的偏振程度，可采用玻璃片堆的辦法。讓自然光以起偏角56.3入射到20層平板玻璃上，如圖：在玻璃片下表面處的反射，其入射角33.7 也正是光從玻

2、璃射向空氣的起偏振角，所以反射光仍是垂直于入射面振動(dòng)的偏振光。42. 晶體的雙折射現(xiàn)象 QSo波面e波面光軸晶體中光沿不同的方向具有不同的傳播速率，具有這種性質(zhì)的晶體，稱為雙折射晶體。 尋常光：對(duì)于晶體一切方向都具有相同的折射率（即波速 相同），且在入射面內(nèi)傳播，簡(jiǎn)稱它為o光。 o光振動(dòng)方向垂直于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面。非常光：它的折射率（即波速）隨方向而變化，并且不一 定在入射面內(nèi)傳播，簡(jiǎn)稱為 e 光。 e光振動(dòng)方向平行于該光線（在晶體中）與光軸組成的平面。實(shí)驗(yàn)表明: 當(dāng)自然光射入雙折射晶體時(shí)，兩束折射光o和e都是線偏振光，并且它們的振動(dòng)面通常接近于互相垂直。 5 尼科耳棱鏡AC

3、NM光軸在ACNM平面內(nèi)方向與AC成48，入射面取ACNM面兩塊特殊要求加工的直角方解石，如圖所示： 加拿大樹膠的折射率n=1.55，o光入射角大于其臨界角arcsin(1.55/1.658)=6912,被全反射,在CN處為涂黑層所吸收。出射偏振方向在ACNM平面內(nèi)的偏振光。e76O方解石的折射率no=1.658, 226863. 二向色性晶體 二向色性晶體也具有各向異性、雙折射的特點(diǎn)，同時(shí)有選擇吸收的性能。例如，電氣石對(duì)o 光的吸收能力特別強(qiáng)，結(jié)果就只剩下e 光穿出晶體。厚度為d ,光軸與兩個(gè)表面平行的雙折射晶體薄片稱為波片。當(dāng)自然光垂直入射時(shí)，由晶體出射的是振動(dòng)方向相互垂直的線偏振光，它們

4、沿原入射方向同向傳播，但傳播速度不同。4. 波片(波晶片或相位延遲片) eO光軸d對(duì)于方解石晶體e光比o光快。對(duì)于石英晶體e光比o光慢。7 o光和e 光到達(dá)波片另一表面時(shí)，必然有相位差， 取決于波長(zhǎng)和波片厚度。當(dāng)=2時(shí), 為全波片； 當(dāng)= 時(shí), 為半波片； 當(dāng)= /2時(shí),為1/4波片。8二、偏振片的檢測(cè)1. 馬呂斯定律 將一束強(qiáng)度為I0的線偏振光射到偏振片上，如果振動(dòng)方向與偏振片的透振方向的夾角為，則透射光強(qiáng)為 這個(gè)結(jié)論就是馬呂斯(E.L.Malus）定律。 *2. 橢圓偏振光和圓偏振光的檢測(cè) 無(wú)法用偏振片鑒別，只能利用1/4波片根據(jù)消光現(xiàn)象辨認(rèn)。9圓偏振光通過1/4波片線偏振光線偏振光通過偏

5、振片消光現(xiàn)象（1）圓偏振光（2）橢圓偏振光 橢圓偏振光當(dāng)波片的光軸與橢圓的主軸平行時(shí)通過1/4波片線偏振光線偏振光通過偏振片消光現(xiàn)象10 例1:某透明介質(zhì)在空氣中的布儒斯特角i0 = 58.0，求它在水中的布儒斯特角，已知水的折射率為1.33。 解: 根據(jù)布儒斯特定律得在水中的布儒斯特角為 11 例2:光強(qiáng)為I0的自然光連續(xù)通過兩個(gè)偏振片后,光強(qiáng)變?yōu)镮0 / 4，求這兩個(gè)偏振片的透振方向之間的夾角。 解: 根據(jù)馬呂斯定律，有將I = I0 / 4，代入上式，得 迎著光的傳播方向看去，沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)稱為 右旋 , 沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)稱為左旋。磁致旋光效應(yīng) 由磁場(chǎng)引起的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，稱為磁致旋光，也稱為法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)。 NMF實(shí)驗(yàn)表明：旋轉(zhuǎn)角為 = VlB 式中V是比例系數(shù)， 稱為維爾德常量。 磁致旋光性與光相對(duì)于磁場(chǎng)的傳播方向有關(guān)，若光沿磁場(chǎng)方向傳播是右旋的，則逆著磁場(chǎng)方向傳播變?yōu)樽笮?如果光沿磁場(chǎng)方向通過振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)了角，那么往返通過同一物質(zhì)振動(dòng)面共旋轉(zhuǎn)了2角。 電光效應(yīng) 克爾效應(yīng) 向同性的透明介質(zhì)在外加電場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袉屋S晶體特性的各向異性物質(zhì)，從而產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。 KNM+-觀測(cè)克爾效應(yīng)的裝置如圖實(shí)驗(yàn)表明： = 2 k l E2 o光和e光的相位差為： 式中k是比例系數(shù)，稱為克爾常量。 泡克耳斯效應(yīng)： 晶體在外加電場(chǎng)的作用下改變了原先各向異性的性