Ch光的偏振講解實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1Ch光的偏振講解實(shí)用二、光偏振態(tài)的分類自然光：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，若光矢量E

在所有方向上是均勻軸對(duì)稱分布的，稱為自然光。??????2.線偏振光：只含單一方向光振動(dòng)的光。也稱完全偏振光、平面偏振光xyXY????迎光矢量圖可沿兩個(gè)方向分解????第1頁(yè)/共29頁(yè)3.圓偏振光和橢圓偏振光：光矢量末點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是圓、正橢圓或斜橢圓。在迎光矢量圖上，光矢量端點(diǎn)沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的稱為左旋偏振光；沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的稱為右旋偏振光。4.部分偏振光：某一方向振動(dòng)比另一方向振動(dòng)強(qiáng)自然光加線偏振光、自然光加橢圓偏振光、自然光加圓偏振光，都是部分偏振光。???線偏光圓偏振光與橢圓偏振光可由互相垂直的振動(dòng)疊加而成。第2頁(yè)/共29頁(yè)§15-2起偏和檢偏馬呂斯定律一、偏振片的起偏和檢偏偏振片：“二相色性”的有機(jī)晶體，如硫酸碘奎寧、電氣石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高溫拉伸、烘干，然后粘在兩個(gè)玻璃片之間就形成了偏片。它有一個(gè)特定的方向，只讓平行與該方向的振通過。

(1)偏振片的透振方向：（偏振化方向）（透光軸）

用“”表示。例：制作：透明基片上蒸鍍一層晶粒。???第3頁(yè)/共29頁(yè)起偏和檢偏——例：P1

是起偏片,P2是檢偏片。P2旋轉(zhuǎn)，當(dāng)P2與P1

的透光軸平行時(shí)，透射最強(qiáng)。反之，當(dāng)P2與P1

的透光軸垂直時(shí)，無(wú)透射——

消光現(xiàn)象。其它情況，介于二者之間。旋轉(zhuǎn)一周過程中，出現(xiàn)兩次最亮，兩次最暗。其它情況隨旋轉(zhuǎn)而變化，變化的規(guī)律服從“馬呂斯定律”。??????(2)

起偏器：能由自然光獲得線偏振光的器件。???(3)檢驗(yàn)器：用作檢測(cè)是否是偏振光的器件。起偏與檢偏第4頁(yè)/共29頁(yè)

一束光強(qiáng)為的線偏光，透過檢偏器以后，透射光強(qiáng)為：為線偏光的光振動(dòng)方向與檢偏器透振方向間的夾角。二、馬呂斯定律(E.L.Malus’)（1808年）

???法國(guó)物理學(xué)家，巴黎科學(xué)院院士。1808年確定了馬呂斯定律，發(fā)現(xiàn)反射時(shí)光的偏振。1811年發(fā)現(xiàn)折射時(shí)光的偏振現(xiàn)象。提出確定晶體光軸的方法，研制出一系列偏振儀器。第5頁(yè)/共29頁(yè)[例題1]

光強(qiáng)為I0的自然光通過兩透振方向夾角為45度的偏振片，之后光強(qiáng)為多少？解：經(jīng)第一偏振片后，光強(qiáng)變?yōu)椋汗式?jīng)第二偏振片后，光強(qiáng)變?yōu)椋??????一束光強(qiáng)為的自然光透過起偏器，透射光強(qiáng)為：第6頁(yè)/共29頁(yè)[例題2]

強(qiáng)度為

Ia

的自然光與Ib的線偏振光混合而成一束入射光，垂直照射到一偏振片上，如以入射光的方向?yàn)檩S旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，出射光出現(xiàn)的最大值與最小值之比為n，求：Ia/Ib與n

的關(guān)系解：由題意知：則有：即：第7頁(yè)/共29頁(yè)[例題3]自然光入射到疊放在一起的兩個(gè)偏振片后，透射光強(qiáng)是最大透射光強(qiáng)的1/3，求兩偏振片透振方向的夾角；(2)透射光強(qiáng)是自然光強(qiáng)的1/3，求兩偏振片透振方向的夾角。解:(1)???(2)第8頁(yè)/共29頁(yè)[例題4]：光強(qiáng)的調(diào)制。在透振方向正交的起偏器M

和檢偏器N

之間，插入一片以角速度旋轉(zhuǎn)的理想偏振片P，入射自然光強(qiáng)為I0，試求由系統(tǒng)出射的光強(qiáng)是多少？每旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，輸出光強(qiáng)有“四明四零”。t=00,900,1800,2700時(shí)，輸出光強(qiáng)為零。t=450,1350,2250,3150時(shí)，輸出光強(qiáng)為I0/8。???第9頁(yè)/共29頁(yè)§15-3反射和折射光的偏振一、反射與折射的偏振馬呂斯的發(fā)現(xiàn)（1808年），如圖所示：其中a為自然光，b,c

為部份偏振光b中，⊥多于∥（指光振動(dòng)而言）c

中，∥多于⊥（指光振動(dòng)而言）二、布儒斯特定律：（D.Brewster1812)當(dāng)入射角滿足：這實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用電磁場(chǎng)理論的菲涅耳公式解釋。時(shí)，反射光為振動(dòng)方向垂直入射面的完全偏振光。臨界角——布儒斯特角（起偏角）????????????第10頁(yè)/共29頁(yè)★注意：反射光是垂直入射面的線偏振光，但其光強(qiáng)很弱，只是入射光中垂直振動(dòng)的一小部分。而折射光是偏振化程度不高的部分偏振光，但是很強(qiáng)。[證明]：由折射定律：即反射光線與折射光線垂直。三、推論：又由布儒斯特定律：所以例如：自然光從空氣中以i0入射玻璃（n2=1.50）時(shí)，反射所獲得的線偏光僅占入射自然光總能量的7.4%，而約占入射垂直振動(dòng)部分能量的15％。第11頁(yè)/共29頁(yè)

★

布儒斯特：（D.Brewster1781-1868）——英國(guó)物理學(xué)家，倫敦皇家學(xué)會(huì)會(huì)員，愛丁堡大學(xué)校長(zhǎng)。1815年發(fā)現(xiàn)圓偏振，1816年發(fā)明萬(wàn)花筒，1818年發(fā)現(xiàn)雙軸晶體，1826年制成馬蹄形電磁鐵。第12頁(yè)/共29頁(yè)

在玻璃片下表面處的反射，其入射角33.70也正是光從玻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。

為了增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆的辦法。一束自然光以起偏角56.30入射到多層平板玻璃上，如圖：三、玻璃片堆?????1.51.51.51.01.01.01.0????????第13頁(yè)/共29頁(yè)1.利用反射和折射時(shí)的偏振可以做起偏和檢偏。????M??nMN270000009001800??nn'2.測(cè)不透明介質(zhì)的折射率應(yīng)用：N27009001800?n'????第14頁(yè)/共29頁(yè)[例題1]已知某材料在空氣中的布儒斯特角i0=58°，求它的折射率？若將它放在水中（水的折射率為1.33），求布儒斯特角？該材料對(duì)水的相對(duì)折射率是多少？解：設(shè)該材料的折射率為n，空氣的折射率為1放在水中，則對(duì)應(yīng)有所以：該材料對(duì)水的相對(duì)折射率為1.2。第15頁(yè)/共29頁(yè)§15-4

光的雙折射現(xiàn)象一、晶體的雙折射現(xiàn)象

1669年，（丹麥）巴托萊納斯（E.Bartholinus)無(wú)意將一塊冰洲石（即完全透明的方解石CaCO3（碳酸鈣））放在書上發(fā)現(xiàn)書上每個(gè)字都成雙像。10年后，惠更斯重新分析了上述現(xiàn)象，認(rèn)為通過方解石看書一個(gè)字有兩個(gè)像，表明一束光進(jìn)入方解石后分裂成兩束光沿不同方向折射變成了兩束光?；莞拱堰@種現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象?，F(xiàn)在知，除立方系（巖鹽）外，一般晶體都會(huì)產(chǎn)生光的雙折射現(xiàn)象。

第16頁(yè)/共29頁(yè)SS方解石晶體實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二在各向同性的介質(zhì)中S是點(diǎn)物S的象天然的方解石晶體是光學(xué)各向異性的雙折射晶體。AB1.現(xiàn)象：第17頁(yè)/共29頁(yè)2.特點(diǎn)：(2)光軸——O

光和e光傳播速度相同的特殊方向，沿光軸方向不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。晶體中，有無(wú)窮多個(gè)光軸。光軸(1)兩束光都是線偏振光，但光振動(dòng)方向不同：①尋常光（O光Ordinary）：遵守折射定律，始終在入射面內(nèi)傳播。光振動(dòng)方向垂直自己的主平面（見下頁(yè)解釋）。②非常光（e光Extra-ordinary）：不遵守折射定律，它的折射率隨方向而變化，且不一定在入射面內(nèi)傳播。光振動(dòng)方向在自己的主平面內(nèi)。AB第18頁(yè)/共29頁(yè)具有一個(gè)光軸的晶體，稱為單軸晶體。例如：方解石、石英等。具有兩個(gè)光軸的晶體，稱為雙軸晶體。例如：云母、硫黃等。

O光振動(dòng)方向垂直于其主平面。

e光振動(dòng)方向平行于其主平面。(4)主平面：光線與光軸組成的平面為主平面理論和實(shí)驗(yàn)證明★★

實(shí)驗(yàn)證實(shí)：當(dāng)且僅當(dāng)光軸在入射面內(nèi)時(shí)，O

光、

e光的主平面就都與入射面重合，它們均在入射面內(nèi)傳播，其振動(dòng)方向才相互垂直。第19頁(yè)/共29頁(yè)

僅當(dāng)沿光軸方向入射，O光和e光具有相同的折射率和相同的波速，因而無(wú)雙折射現(xiàn)象。(5)一般O光和e

光傳播速度不同：

O光沿不同方向傳播速率相同，

e

光沿不同方向傳播速度不同。第20頁(yè)/共29頁(yè)?

用惠更斯原理解釋光的雙折射現(xiàn)象惠更斯原理：O

光在晶體內(nèi)任意點(diǎn)所引起的波陣面是球面。即具有各向同性的傳播速率。e

光在晶體內(nèi)任意點(diǎn)所引起的波陣面是旋轉(zhuǎn)橢球面。沿光軸方向與O

光具有相同的速率。e

光波面O光波面光軸方向負(fù)晶如方解石CaCO3e

光波面O光波面光軸方向正晶如石英SiO2第21頁(yè)/共29頁(yè)凡屬nO<ne主，即VO>Ve

晶體稱為正晶。凡屬nO>ne主，即VO<Ve

晶體稱為負(fù)晶。

e

光在垂直于光軸方向上的傳播速率Ve,在該方向的折射率ne主。

e

光在其它方向上的折射率在nO—ne主之間。對(duì)波長(zhǎng)為589.3納米的鈉黃光方解石

1.48641.6584石英

1.55341.5443為簡(jiǎn)略以下使用第22頁(yè)/共29頁(yè)??平行光傾斜入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸與晶體表面斜交光軸AFEeO?eO?如果光軸不在入射面內(nèi)，球面和橢球面相切的點(diǎn)，就不會(huì)在入射面內(nèi)，則O光、e

光振動(dòng)方向并不相互垂直。第23頁(yè)/共29頁(yè)??平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸與晶體表面斜交光軸AEO?eBFE?F出射兩束偏振方向相互垂直的線偏光第24頁(yè)/共29頁(yè)??平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸平行晶體表面光軸AE?eBFEFO具有相互垂直的偏振方向出射光沿同方向傳播?第25頁(yè)/共29頁(yè)二、尼科耳棱鏡ACNM光軸在ACNM平面內(nèi)方向與AC成480，入射面取ACNM面?兩塊特殊要求加工的直角方解石，如圖：

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)=69012，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。e?760O方解石的折射率n0=1.658，ne=1.486