光的橫波性與五種偏振態(tài)

1）機械波的橫波性的檢驗光的橫波性與五種偏振態(tài)光的干涉和衍射現(xiàn)象只表明光是一種波動，光的偏振現(xiàn)象則清楚地顯示光是橫波（振動方向與傳播方向垂直）而不是縱波。1．光的偏振現(xiàn)象與光的橫波性如圖，將橡皮繩的一端固定，手拿著另一端上下抖動，于是橫波沿繩傳播，在波的傳播路徑中放置兩個欄桿G1、G2，若二者縫隙方向一致（a），則通過G1的振動可無阻礙地通過G2，若二者縫隙方向垂直（b），則通過G1的振動傳到G2處就被擋住，在G2后不再有波動。這只可能是橫波。2.光的偏振的含義光波振動方向的不全面和振幅不均等的現(xiàn)象稱為光的偏振現(xiàn)象2）光波的橫波性的檢驗（光的偏振現(xiàn)象）如圖，讓光線依次通過兩個偏振片P1、P2，P1固定不動，以光線為軸轉(zhuǎn)動P2，發(fā)現(xiàn)：隨著P2的的取向不同，透射光的強度發(fā)生變化，當P2處于某一位置時透射光的強度最大，由此位置轉(zhuǎn)過90度后，透射光的強度減為零，即光線完全被P2所阻擋（消光），若繼續(xù)轉(zhuǎn)過90度，透射光又變?yōu)樽盍?，再轉(zhuǎn)過90度，又復消光，如此等等。結(jié)論：偏振片所起的作用反映了它上面存在著一個特殊方向，使光波中的振動能順利通過；該實驗也反映了光波的振動方向與傳播方向垂直即光波是橫波。光的電磁理論建立以后，光的橫波性才得以完滿說明：在自由空間傳播的光波是一種純粹的橫波，光波中沿橫向振動著的物理量是電場矢量和磁場矢量，鑒于在光和物質(zhì)的相互作用過程中主要是光波中的電矢量起作用，所以常以電矢量作為光波中振動矢量的代表。光的橫波性只表明電矢量與光的傳播方向垂直，在與傳播方向垂直的二維空間里電矢量還可能有各式各樣的振動狀態(tài)，稱之為光的偏振態(tài)或偏振結(jié)構。偏振片（1）晶體的二向色性（選擇吸收性）（2）偏振片及其透振方向和消光方向（3）偏振片的制造（4）偏振片的起偏和檢偏性能光的五種偏振態(tài)1）光是橫波，才有不同的偏振狀態(tài)2）光波的五種偏振態(tài)：自然光、線偏振光、部分偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光。3．線偏振光1)線偏振光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，只有單一方向的振動矢量，隨著時間的推移，振動矢量只改變大小、不改變方向。2)振動面與平面偏振動面：線偏振光的傳播方向與振動方向構成的平面。同一波線上的線偏振光的光振動均處于同一振動面上，又稱線偏振光為平面偏振光。線偏振光是偏振程度最強的光，又稱線偏振光為全偏振光。3）線偏振光通過偏振片后的光強度若入射的線偏振光強為：旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強的變化為：線偏振光存在一個消光方向,在垂直P的透振方向上4）馬呂斯定律稱上式為馬呂斯定律注意：

（1）只適用于線偏振光（2）馬呂斯定律公式上的三角函數(shù)項是平方項。由于：就有：5）起偏器和檢偏器起偏器：任何偏振態(tài)的光通過后透射光都變?yōu)榫€偏振光的器件。檢偏器：檢查入射光偏振態(tài)的器件線偏振射光通過此器件后光強變?yōu)榱?。偏振片既是起偏器，又是檢偏器。6）一束線偏振光可以分解為兩束互相垂直的線偏振光若將帶入?yún)⒘糠匠滔⒘縯，就有：，這正是直線方程結(jié)論：（1）線偏振光可以分解為兩個互相垂直的相位差為0或的線偏振光，（2）可以由這兩束線偏振光代替這束線偏振光。4．自然光1）自然光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動，各個方向的振動幅度均相等，形成如圖所示的軸對稱振幅分布。2）自然光通過偏振片后的光強度若入射的自然光強為：自然光旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強均為：3）試證明自然光通過偏振片后出射光強為入射光強的一半。自然光由無數(shù)條非相干的線偏振光組成數(shù)密度：單位夾角內(nèi)包含的線偏振光的條數(shù)角內(nèi)包含的線偏振光的條數(shù)：角內(nèi)包含的線偏振光的總強度：入射的自然光的總光強：設偏振片的透振方向與角內(nèi)線偏振光的夾角為：依據(jù)馬呂斯定律：角內(nèi)的線偏振光通過偏振片后的光強為：透過偏振片后自然光的光強變?yōu)椋阂虼擞校鹤⒁猓阂呀?jīng)將公式中的改寫為5．部分偏振光1）部分偏振光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，所有方向均有橫振動，但不同方向的振動幅度不相等，形成如圖的振幅分布。2）部分偏振光通過偏振片后的光強度

若入射的部分偏振光強為旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強的變化為：與的振動方向互相垂直，沒有消光現(xiàn)象出現(xiàn)部分偏振光3）部分偏振光的總光強4）偏振度：

時，，為自然光＝時，，是線偏振光注意：與是所有線偏振光在這兩個互相垂直方向上的投影分量的非相干疊加。6．圓偏振光1）圓偏振光的定義：在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動矢量，振動矢量的大小不變，振動方向勻速轉(zhuǎn)動，振動矢量的端點描繪成一個圓形軌跡。2）圓偏振光通過偏振片后的光強度若入射光強為：圓偏振光旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強不變化3）圓偏振光能夠分解成兩束互相垂直的線偏振光A若將帶入方程，消去參量t就有：，正是圓方程。結(jié)論：（1）圓偏振光可以分解為兩個互相垂直的振幅相等、相位差為的線偏振光。（2）可以由這兩束線偏振光來代替這束圓偏振光。4）圓偏振光的總光強：5）左旋圓偏振光與右旋圓偏振光（1）定義：迎著光線傳播方向觀看，若振動矢量順時針旋轉(zhuǎn)就稱為右旋圓偏振光，此時：若振動矢量逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為左旋圓偏振光，此時：（2）證明：若圓偏振光的，則振動矢量逆時針旋轉(zhuǎn)。證明：

已知：如圖所示，由到旋轉(zhuǎn)走向為逆時針方向。7．橢圓偏振光1）橢圓偏振光定義：在垂直光傳播方向的平面上，只有單一的振動矢量，振動矢量的大小和方向不斷地改變，振動矢量的端點描繪成一個橢圓形軌跡。2）橢圓偏振光通過偏振片后的光強度橢圓振光若入射的部分偏振光強為旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，出射光強的變化為：與的振動方向垂直。,沒有消光現(xiàn)象出現(xiàn)3）橢圓偏振光能夠分解成兩束互相垂直的線偏振光當時，A若消去參量方程中的t有：這正是橢圓方程式結(jié)論：（1）橢圓偏振光可以分解為兩個互相垂直的振幅不相等的相位差固定、但不等于或0的線偏振光。（2）可以由這兩束線偏振光來代替這束橢圓偏振光。4）橢圓偏振光的總光強：

5）左旋與右旋橢圓偏振光定義：迎著光線傳播的方向觀看，若振動矢量順時針旋轉(zhuǎn)就稱為右旋橢圓偏振光，若振動矢量逆時針旋轉(zhuǎn)就稱為左旋橢圓偏振光。6）各種相位差對應的橢圓偏振態(tài)圖（1）當坐標系為如圖所示時（2）參量方程為：（3）就有如下的各種相位差對應的橢圓偏振態(tài)圖（4）若參量方程用復振幅表示，則為：，

。，7）自然光能夠分解成兩束線偏振光兩束線偏振光的關系是：（1）分解的方向可以任意，但兩束線偏振光的方向必須互相垂直（2）兩束線偏振光的光強相等，均為（3）兩束線偏振光的相位差隨時間變化，不穩(wěn)定。（4）可以用分解成的兩束線偏振光代替這束自然光8）為什么自然光只能由相位差不穩(wěn)定的兩束線偏振光代替。若兩束線偏振光之間有穩(wěn)定的相位差，就能合成線偏振光、圓偏振光或橢