吉林省高三競(jìng)賽課件第15章光的偏振-(共36張)

1、 第15章（Polarization of light） (4)光的偏振1 第15章（Polarization of l高中新學(xué)期開學(xué)典禮校長(zhǎng)致辭新學(xué)期開學(xué)典禮校長(zhǎng)致辭大家好!金秋時(shí)節(jié),丹桂飄香。我們齊聚太岳,又將開始新學(xué)年的征程。歲月不居,天道酬勤。剛剛過去的一年,是我們團(tuán)結(jié)協(xié)作,開拓進(jìn)取的一年,也是充滿激情和喜悅的一年!我們堅(jiān)持“每個(gè)學(xué)生都能成功”的教育理念,堅(jiān)持“質(zhì)量立校,管理固校,特色強(qiáng)?！钡陌l(fā)展方向,成績(jī)斐然:學(xué)生公寓被荊州市教育局評(píng)為沙市區(qū)教育系統(tǒng)唯一的“文明宿舍”;學(xué)校食堂被荊州市教育局評(píng)為沙市區(qū)教育系統(tǒng)唯一的“放心食堂”;xx 年的普通高考,我校高三學(xué)子再創(chuàng)佳績(jī),本科上線人數(shù)達(dá)

2、30人,其一類本科6人,上線率達(dá)86.67%,刷新了學(xué)校的歷史記錄;特別是xx屆高三(4)班的李小倩同學(xué)被北京大學(xué)特招,極大地鼓舞了太岳人的志氣、提升了學(xué)校的辦學(xué)品位?，F(xiàn)在,我提議太岳學(xué)的新、老同學(xué)們都能以感恩而又真誠的掌聲向辛勤的老師們表示衷心的感謝和良好的祝愿。同時(shí),我也提議我們的全體老師和太岳學(xué)的老同學(xué)們都能以熱情的掌聲向這學(xué)期走進(jìn)太岳校園的馬金菊等420名新同學(xué)和金婉等9名新教師表示熱烈的歡迎?；仡櫳蟼€(gè)學(xué)期,我們播種過希望、我們也有豐碩的成果。但也有些遺憾,我們還有一部分同學(xué)在學(xué)習(xí)上努力還不夠,沒有15.1 光的偏振態(tài) 偏振研究光矢量在垂直于傳播方向的平面內(nèi)的振動(dòng)狀態(tài)(偏振態(tài))。 最常

3、見的偏振光有五種:自然光、線偏振光、部分偏振光、*橢圓偏振光和圓偏振光。EH光的傳播方向 光波是橫(電磁)波。光波中光矢量(電場(chǎng))的振動(dòng)方向與光的傳播方向垂直。2高中新學(xué)期開學(xué)典禮校長(zhǎng)致辭新學(xué)期開學(xué)典禮校長(zhǎng)致辭15.1 一.自然光 部分偏振光 線偏振光 自然光的表示法：用兩個(gè)獨(dú)立的(無確定相位關(guān)系)、相互垂直的等幅振動(dòng)來表示。 圓點(diǎn)表示垂直于紙面的振動(dòng),短線表示平行于紙面的振動(dòng)。 由于原子發(fā)光的間歇性和無規(guī)則性，使得 普通光源發(fā)出的光的光矢量在垂直于傳播方向的平面內(nèi)以極快的速度取0360內(nèi)的一切可能的方向，且沒有哪一個(gè)方向占有優(yōu)勢(shì)。具有上述特性的光，稱為自然光。3一.自然光 部分偏振光 線偏振

4、光 自然光的完全偏振光(線偏振光、平面偏振光)的表示法： 將自然光中兩個(gè)相互垂直的等幅振動(dòng)之一完全移去得到的光，稱為完全偏振光。 部分偏振光的表示法： 將自然光中兩個(gè)相互垂直的等幅振動(dòng)之一部分移去得到的光，稱為部分偏振光。 4完全偏振光(線偏振光、平面偏振光)的表示法： *二.橢圓偏振光和圓偏振光 如果光矢量的端點(diǎn)軌跡是一個(gè)橢圓，這 種光叫做橢圓偏振光。 如果光矢量端點(diǎn)軌跡是一個(gè)圓，這種光叫做圓偏振光。左旋j2-j1= -p/2xyxy右旋2-1=/25*二.橢圓偏振光和圓偏振光 15.2 偏振片 馬呂斯定律一.偏振片的起偏和檢偏 偏振化方向：允許通過的光振動(dòng)方向。常用箭頭“ ”表示。偏振片自

5、然光Io線偏振光 偏振片的構(gòu)造: 將硫酸碘金雞鈉霜晶粒定向排列并蒸鍍?cè)谕该骰?就制成偏振片。 偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振動(dòng)而僅讓與此方向垂直的光振動(dòng)通過。 偏振片的 起偏：615.2 偏振片 馬呂斯定律一.偏振片的起偏和檢偏 偏振片的檢偏： 光強(qiáng)無變化的是自然光; 若以光傳播方向?yàn)檩S,慢慢旋轉(zhuǎn)檢偏片,觀察 透過偏振片的光, 光強(qiáng)有變化,但最小值不為零的是部分偏振光;光強(qiáng)有變化,但最小值為零(消光)的是線偏振光。7偏振片的檢偏： 光強(qiáng)無變化的是自然光; I=(Eocos)2 = Iocos2 EoIo= Eo2Eocos I=Iocos2 式中： 是入射線偏振光的光振動(dòng)方向和偏振片

6、偏振化方向之間的夾角。 證明：二.馬呂斯定律 強(qiáng)度為Io的線偏振光，透過檢偏片后的光強(qiáng)(不考慮吸收)為8I=(Eocos)2 = Iocos2 EoIo= E解 由解得： =45(or 135)。自然光Io 例題15.2.1 自然光連續(xù)通過兩個(gè)偏振片后，透射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的四分之一，求兩個(gè)偏振片偏振化方向之間的夾角 。9解 由解得： =45(or 135)。自然光Io透射光強(qiáng):可見最大透射光強(qiáng)為ABC自然光Io 例題15.2.2 強(qiáng)度為Io自然光連續(xù)通過三個(gè)偏振片A、B、C，AC，求最大透射光強(qiáng)。 解 設(shè)A、B偏振化方向間的夾角為, 有10透射光強(qiáng):可見最大透射光強(qiáng)為ABC自然光Io 解 透射

7、光強(qiáng): p2 p1 EA 例題15.2.3 兩個(gè)偏振片的偏振化方向分 別為p1和p2，夾角為。入射線偏振光的光 矢量方向E與p2的夾角A(銳角)保持不變?，F(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)p1，但保持p1在E和 p2之間。求 等于何值時(shí)出射光強(qiáng)為極值。11 解 透射光強(qiáng): p2 p1 EA 因A為銳角, 且 A, 顯然 A -2 A所以 p2 p1 EA極值條件:由得顯然此時(shí)I有極大值:12因A為銳角, 且 A, 顯然 A -2 A所以 p2 解 設(shè)入射光中自然光的光強(qiáng)為I1，線偏振光的光強(qiáng)為I2，則透射光強(qiáng)即入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)之比為1:2。 例題15.2.4 一束光是自然光和線偏振光的混合。通過一偏振片后，

8、測(cè)得最大透射光強(qiáng)是最小透射光強(qiáng)的5倍，求入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)之比。13 解 設(shè)入射光中自然光的光強(qiáng)為I1，線偏振光的 一般情況下,反射光和折射光都是部分偏振光： 在反射光中, 垂直振動(dòng)多于平行振動(dòng); 在折射光中, 平行振動(dòng)多于垂直振動(dòng)。這里所說的“垂直”和“平行”是對(duì) 入射面而言的。n1n2一.由反射和折射獲得偏振光i15.3 反射和折射時(shí)光的偏振 14 一般情況下,反射光和折射光都是部分偏振光： 實(shí)驗(yàn)證明, 此時(shí)入射角io和反射角r之和恰為90(反射光線折射光線)，即 io+r=90 二.布儒斯特定律n1n2rio 1812年，布儒斯特由實(shí)驗(yàn)證明：當(dāng)入射角是某一個(gè)特定角io時(shí), 反

9、射光成為只有垂直振動(dòng)的線偏振光。 角io稱為布儒斯特角(或起偏角)。15 實(shí)驗(yàn)證明, 此時(shí)入射角io和反射角r之和恰為所以：n1n2rioio+r=90布儒斯特定律16所以：n1n2rioio+r=90布儒斯特定布儒斯特角不同于全反射的臨界角。 而全反射:入射角i i臨都是全反射。由于故只有n1n2才會(huì)發(fā)生全反射。n1n2rio 當(dāng)且僅當(dāng) 時(shí)，反射光才是線偏振光。且n1n2或n1n2都可以。17布儒斯特角不同于全反射的臨界角。 而全反射:入射n1n2(a)in1n2(b)ioion1n2(c)in1n2(d)io 例題15.3.1 畫出下列圖中的反射光和折射光。18n1n2(a)in1n2(b

10、)ioion1n2(c)in1n (2) 某透明媒質(zhì)對(duì)空氣全反射的臨介角為45o , 則光從空氣射向該媒質(zhì)時(shí)的布儒斯特角為 。因 io+r =90o，所以折射角r =30o。又所以 io =tg-154.7o 例題15.3.2(1)平行光以60o的入射角由空 氣射向一平板玻璃， 發(fā)現(xiàn)反射光是完全偏 振光, 則折射光的折射角為 。 玻璃的折射率為 。 30o19 (2) 某透明媒質(zhì)對(duì)空氣全反射的臨介角為4515.4 光在晶體中的雙折射 有些媒質(zhì)(如玻璃、水等)，光沿各個(gè)方向的傳播速度相同，稱為光學(xué)各向同性媒質(zhì)。 另一類媒質(zhì)(如方解石、石英)等，光沿不同方向傳播時(shí)速率不同，稱為光學(xué)各向異性媒質(zhì)。

11、一.雙折射現(xiàn)象 晶體中的雙折射現(xiàn)象方解石 光線進(jìn)入光學(xué)各向異性媒質(zhì)(如方解石)后產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象，稱為雙折射現(xiàn)象。2015.4 光在晶體中的雙折射 有些媒質(zhì) 二.o光和 e光 兩條折射光線中有一條遵守通常的折射定律(n1sini =n2sinr ,折射光線在入射面內(nèi))，這條光線稱為尋常光線(ordinary rays),簡(jiǎn)稱o光。 另一條光線不遵守通常的折射定律, 它不一定在入射面內(nèi)，這條光線稱為非常光線(extraordinary rays)，簡(jiǎn)稱e光。 晶體中的雙折射現(xiàn)象方解石21 二.o光和 e光 晶體中的雙折射現(xiàn)方解石oeoe方解石 (2)產(chǎn)生雙折射的原因: o光和e光的傳播速度

12、不同。 o光在晶體中各個(gè)方向的傳播速度相同，折射率no=c/o=恒量。 e光在晶體中的傳播速度e隨方向變化，因而折射率ne=c/e是變量，隨方向變化。 由于o光和e光的折射率不同，故產(chǎn)生雙折射。(1)o光和e光都是線偏振光,振動(dòng)方向相互垂直。22方解石oeoe方解石 (2)產(chǎn)生三.光軸 主截面 主平面 只有一個(gè)光軸的晶體,稱為單軸晶體,如方解石、石英、紅寶石等。有兩個(gè)光軸的晶體稱為雙軸晶體,如云母、硫磺、藍(lán)寶石等。 由光軸與該晶面的法線所組成的平面,叫做該晶體的主截面。102o方解石 光軸 在晶體內(nèi)部存在的不發(fā)生雙折射的方向，稱為光軸。應(yīng)該注意,光軸僅標(biāo)志一定的方向,并不限于某一特殊的直線。

13、23三.光軸 主截面 主平面 只有一個(gè)光軸的 當(dāng)光線在晶體的主截面內(nèi)入射時(shí), 主截面、o光和e光的主平面均重合。我們主要討論這種情況。o光的光振動(dòng)方向垂直于自己的主平面;e光的光振動(dòng)方向平行于自己的主平面。 o光和e光的光振動(dòng)方向是相互垂直的。no=1.658, ne=1.486方解石的主截面oe 某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面叫做該光線的主平面。 24 當(dāng)光線在晶體的主截面內(nèi)入射時(shí), 主截面、o光eooe 解 (1)如圖所示。 (2) nosin45o=nesinre nesin45o=nosinro解得： re=52o , ro=39o于是 =52o-39o=13o 45o 例題1

14、5.4.1渥拉斯頓棱鏡的截面由二塊 銳角均為45o的直角方解石棱鏡構(gòu)成。棱鏡 ABC的光軸平行于AB，而棱鏡ADC的光軸垂直于圖截面。(方解石: no=1.658,ne=1.486)。當(dāng)自然光垂直AB入射時(shí)，問： (1)圖中哪一條是o光, 哪一條是e光? (2) =？ ABCD25eooe 解 (1)如圖所示。45o 四.惠更斯原理研究雙折射現(xiàn)象 1. o光在各個(gè)方向的傳播速度相同，子波面應(yīng)為球面。 e光的傳播速度隨方向變化，但可以證明子波面為旋轉(zhuǎn)橢球面。 2. o光和e光在光軸方向傳播速度相同，故子波面在光軸方向相切；實(shí)驗(yàn)表明，在垂直于光軸的方向上速度相差最大。 3.對(duì)負(fù)晶體(如方解石)，在

15、垂直于光軸的方向上, one ,故e光的子波面(旋轉(zhuǎn)橢球面)應(yīng)包圍o光的子波面(球面)。26 四.惠更斯原理研究雙折射現(xiàn)象 1. o光在(1)光線斜入射，光軸與晶面斜交晶面方解石eeoo27(1)光線斜入射，光軸與晶面斜交晶面方解石ee(2)光線垂直入射，光軸與晶面平行晶面方解石ooee28(2)光線垂直入射，光軸與晶面平行晶面方解石ooee 五.尼科耳棱鏡ACfg10278no =1.658n加=1.55ne =1.486ACMN方解石方解石加拿大樹膠e光(振動(dòng)方向平行于主截面)尼科耳棱鏡的主截面7790224868光軸s22AMNC用途: 起偏、檢偏29 五.尼科耳棱鏡ACfg10278n

16、o =1.658A*15.5 偏振光的干涉和應(yīng)用 (自學(xué))sPCd光軸EEoEe 自然光通過雙折射物質(zhì)后，所產(chǎn)生的振動(dòng)面相互正交的兩束偏振光是不相干的。 但是一束單色偏振光通過雙折射物質(zhì)后，所產(chǎn)生的兩束偏振光卻可能是相干的。 一、波 片 30*15.5 偏振光的干涉和應(yīng)用 (自學(xué))sPCd光軸E 線偏振光射入晶片C后，將分成振動(dòng)面互相垂直的o光和e光，并沿同一方向傳播。 sPCd光軸EEoEeo光和e光通過晶片C所產(chǎn)生的位相差為如果Ee=Ecos ，Eo=Esin。31 線偏振光射入晶片C后，將分成振動(dòng)面互相垂直的o光和e光即o光和e光的光程差為 這樣的晶片稱為四分之一波片。即o光和e光的光程

17、差為 如果這樣的晶片稱為二分之一波片。32即o光和e光的光程差為 這樣的晶片稱為四分之一波片。即o光和sPCd光軸EEoEe 如果晶片C是一個(gè)四分之一波片，通過晶片后o光和e光的位相差為 ，則這兩束光合成后將成為橢圓偏振光。若此時(shí)=45，那么Ee=Eo，則這兩束光合成后將成為圓偏振光。 如果晶片C是一個(gè)二分之一波片，透過晶片C是什么光？是線偏振光。33sPCd光軸EEoEe 如果晶片C是一個(gè)四分之一波片sEePdC光軸EEoQ二、偏振光的干涉 34sEePdC光軸EEoQ二、偏振光的干涉 34CCEEoE2eE2oEeQQsEePdC光軸EEoQo光和e光通過晶片C所產(chǎn)生的位相差為 由于振幅矢量E2e和E2o 的方向相反，所以除與晶片厚度有關(guān)的位相差 外，還有一附加的位相差。因此總的位相差為