24光的偏振解析

光的偏振第24章1干涉、衍射

光的波動(dòng)性光的偏振

光波是橫波對(duì)傳播方向不對(duì)稱對(duì)傳播方向?qū)ΨQ橫波縱波光矢量2形象說明偏振的原理通光方向腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門縱波

聲波是否也有偏振現(xiàn)象？3本章主要內(nèi)容24.1光的偏振狀態(tài)24.2線偏振光的獲得與檢驗(yàn)24.3反射和折射時(shí)間的偏振24.4雙折射現(xiàn)象4教學(xué)基本要求一理解自然光和偏振光。二理解馬呂斯定律和布儒斯特定律。

三了解雙折射現(xiàn)象。524.1光的偏振狀態(tài)一、非偏振光二、完全偏振光三、部分偏振光6一、非偏振光非偏振光：在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，包含有各個(gè)方向的光矢量，在全部可能的方向上的振幅都相等。一般光源發(fā)出的光為自然光。初相互不相關(guān)振動(dòng)方向互不相關(guān)且隨機(jī)分布緣由：參與發(fā)光的大量的原子或分子各次發(fā)出的光的波列（自然光）7自然光的光矢量可以用兩個(gè)相互獨(dú)立、振幅相等、振動(dòng)方向相互垂直的分振動(dòng)來表示。符號(hào)表示注意各光矢量間無固定的相位關(guān)系。二相互垂直方向是任選的。兩光矢量振幅相等，各具有一半的振動(dòng)能量。8二、完全偏振光：在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量

只沿一個(gè)固定的方向振動(dòng)。振動(dòng)面線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解：EEyExyx線偏振光表示法：·····光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)平行板面1

線偏振光·面對(duì)光的傳播方向看光矢量92

橢圓偏振光(圓偏振光)光矢量大小變更右旋橢圓偏振光右旋圓偏振光觀測(cè)0y

yx

z傳播方向

/2x某時(shí)刻右旋圓偏振光E隨z的變化E觀測(cè)光矢量大小保持不變

線、圓和橢圓偏振光完全偏振光10圓和橢圓偏振光可看成是兩束頻率相同、傳播方向一樣、振動(dòng)方向相互垂直、相位差恒定的線偏振光的合成。x相位超前y相位/2xyx，y振幅相同xyx相位落后y相位/211三、部分偏振光表示法：部分偏振光含有自然光和完全偏振光兩種成分，可看成是自然光和線偏振光的混合。分解不相干平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)········垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)天空中的散射光和水面的反射光均為部分偏振光。部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。1224.2線偏振光的獲得與檢驗(yàn)一、起偏與檢偏二、馬呂斯定律三、偏振片的應(yīng)用13

偏振片：只讓一個(gè)方向的光振動(dòng)通過的光學(xué)元件。檢偏器起偏器最亮最暗自然光偏振光一、起偏與檢偏光振動(dòng)通過的方向叫偏振片的偏振化方向。14偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變更；自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變。注意15消光不變?nèi)肷涔馊肷涔馊肷涔饩€偏振自然光部分偏振光強(qiáng)變更入射光出射光觀察出射光強(qiáng)的變化三類入射光16二、馬呂斯定律設(shè)P1、P2分別表示起偏器和檢偏器的偏振化方向，為它們之間的夾角P1P2A0設(shè)投到檢偏器和透過檢偏器的光強(qiáng)分別為I0和I，則——馬呂斯定律一束自然光通過一塊偏振片時(shí)，其光強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼囊话?。注?7在兩塊正交偏振片P1、P3之間插入另一塊偏振片P2，光強(qiáng)為I0的自然光垂直入射于偏振片P1，探討轉(zhuǎn)動(dòng)P2透過P3的光強(qiáng)I3與轉(zhuǎn)角的關(guān)系。探討18若在0~2間變更，I3如何變更？19思索題兩偏振片堆疊在一起，一束自然光垂直入射其上時(shí)沒有光線通過，當(dāng)其中一偏振片緩慢轉(zhuǎn)過1800時(shí)透射光強(qiáng)度發(fā)生的變更是（）。（A）光強(qiáng)單調(diào)增加

（B）光強(qiáng)先增加，然后削減至零

（C）光強(qiáng)先增加，后減小，再增加

（D）光強(qiáng)先增加，然后減小，再增加，再減小至零B20例24.1一束光是線偏振光與自然光的混合，合光強(qiáng)為I0，當(dāng)它通過一塊偏振片時(shí)，發(fā)覺透射光強(qiáng)隨偏振片的取向可變更5倍，不計(jì)吸取，求入射光束中這兩個(gè)成分所占的比例。解：設(shè)該光束中線偏振光的強(qiáng)度為I01，自然光的強(qiáng)度為I02，則由馬呂斯定律，該光束通過偏振片后光強(qiáng)為：且

Imax=5Imin21三、偏振片的應(yīng)用偏振片的應(yīng)用很多，例如：作為照相機(jī)的濾光鏡，可以濾掉不必要的反射光。制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。作為很多光學(xué)儀器中的起偏和檢偏裝置。22（C）用偏光鏡幾乎消退了反射偏振光使玻璃門內(nèi)的人物清晰可見（A）玻璃門表面的反光很強(qiáng)（B）用偏光鏡減弱了反射偏振光2324.3反射和折射時(shí)間的偏振自然光反射光折射光—垂直振動(dòng)能量大于平行振動(dòng)能量—平行振動(dòng)能量大于垂直振動(dòng)能量iMN理論和實(shí)踐都證明：反射光和折射光的偏振化程度與入射角i有關(guān)。反射光是線偏振光，且光振動(dòng)垂直于入射面，而折射光仍為部分偏振光。當(dāng)入射角等于某一特定值ib，ib滿足：部分偏振光部分偏振光自然光24

ib叫布儒斯特角，或稱為起偏振角。這時(shí)折射光的偏振化程度最大。ibMN可以證明：當(dāng)入射角等于起偏振角時(shí)，反射光線和折射光線垂直。證明：比較上兩式得：即反射光線和折射光線垂直。r25說明：1、當(dāng)入射角等于起偏振角時(shí)，反射光是線偏振光，光振動(dòng)垂直于入射面，但光強(qiáng)很弱，垂直振動(dòng)的能量約有15％被反射；折射光是部分偏振光，光強(qiáng)很大，85％的垂直振動(dòng)能量及全部平行振動(dòng)能量都被折射。（自然光從空氣射向玻璃，）2、為了增加反射光的強(qiáng)度及折射光的偏振化程度，可用多層玻璃進(jìn)行折射和反射。ib自然光線偏振光

部分偏振光(接近于線偏振光)26探討探討下列光線的反射和折射（起偏振角ib）27例24.2

一束光以起偏振角ib入射到平面玻璃的上表面，試證明玻璃下表面的反射光亦為線偏振光。

證明：ibib可見r正是玻璃下表面的起偏振角，所以下表面的放射光也是線偏振光。rn1n2界面2的反射光是線偏振光且光矢量振動(dòng)方向垂直于入射面28例24.3一束自然光以某一角射到平面玻璃板上，反射光恰為線偏振光，且折射光的折射角為320，求：

(1)自然光的入射角；(2)玻璃的折射率；

(3)經(jīng)過玻璃片后透射光的偏振狀態(tài)。解：(1)反射光為線偏振光時(shí)，反射光與折射光垂直ibib透射光為部分偏振光。2924.4雙折射一、雙折射的概念二、晶體的光學(xué)性質(zhì)三、單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法四、格蘭

湯姆遜偏振棱鏡.30i一、雙折射的概念1、雙折射：n1n2rore(各向異性介質(zhì))自然光o光e光2、尋常（o）光和非尋常（e）光o光：遵從折射定律e光：

一般不遵從折射定律e光折射線也不確定在入射面內(nèi)。各向異性介質(zhì)分界面時(shí)，一束光入射到折射光分成兩束的現(xiàn)象。31雙折射會(huì)映射出雙像32···方解石oeeo···以入射方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)方解石方解石偏振片雙折射的兩束光振動(dòng)方向相互垂直方解石的雙折射33當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，e光的像圍繞o

光的像旋轉(zhuǎn)。o

光的像不動(dòng)，光光雙折射紙面方解石晶體

o光的像e光的像34光光雙折射紙面方解石晶體接著旋轉(zhuǎn)方解石晶體：35光光雙折射紙面方解石晶體接著旋轉(zhuǎn)方解石晶體：36光光雙折射紙面方解石晶體接著旋轉(zhuǎn)方解石晶體：37光光雙折射紙面方解石晶體接著旋轉(zhuǎn)方解石晶體：381、晶體的光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)，不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。例如，自然方解石（冰洲石）晶體的光軸：由鈍頂角引出的與三個(gè)棱邊成等角的方向就是光軸。光軸是一個(gè)特殊的方向，單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體，如方解石。雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體，如云母。均為光軸(即并不限于一條特殊的直線)。凡平行于此方向的直線二、晶體的光學(xué)性質(zhì)分類：39方解石的光軸402、主平面晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面o光光軸o光的主平面····e光光軸e光的主平面叫該光線的主平面。

o光的振動(dòng)方向垂直于光的主平面。

e光的振動(dòng)方向則在于光的主平面內(nèi)。41o光：no

，ne

稱為晶體的主折射率正晶體：ne>no負(fù)晶體：ne<novotvet光軸點(diǎn)波源點(diǎn)波源votve

t光軸e光：(ve<vo);(ve>vo)如：石英如：方解石························vot光軸光軸vetvot3、晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體42ee三、單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法

1、光軸平行晶體表面，自然光垂直入射··光軸晶體··

o、e方向上雖沒分開，以負(fù)晶體(ve>vo)為例：oo但速度上是分開的，這仍是雙折射?！ぁぁぁひ曰莞乖頌橐罁?jù)的惠更斯作圖法，是探討光在晶體中傳播的重要方法。43o

e2、光軸平行晶體表面，且垂直入射面····晶體光軸rei········voΔtveΔto

ecΔt自然光斜入射在這種特殊的狀況下，對(duì)e光也可以用折射定律。ro443、光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射····

e方解石光軸··oooee······晶體光軸····45玻璃n=1.655膠合劑n=1.655方解石no=1.6584