第十二章光的偏振

第十二章光的偏振第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五電磁波中起光作用的是電場(chǎng)矢量(光矢量)偏振：光矢量在平面內(nèi)振動(dòng)五種偏振態(tài)：自然光，線偏振光，部分偏振光，橢圓偏振光，圓偏振光偏振是橫波區(qū)別于縱波的標(biāo)志光的振動(dòng)面第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五一、偏振光和自然光1.線偏振光光矢量只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)的光(又稱平面偏振光)振動(dòng)面光矢量第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五2.自然光在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，沿各個(gè)方向都有光振動(dòng)，且各個(gè)方向光矢量的振幅相等的光第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五3.部分偏振光在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，各方向都有光振動(dòng)，但振幅不等的光第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光矢量以一定的頻率旋轉(zhuǎn)。4.圓偏振光和橢圓偏振光橢圓偏振光：矢量端點(diǎn)軌跡為橢圓圓偏振光：矢量端點(diǎn)軌跡為圓第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五偏振片

二、起偏與檢偏偏振片：吸收某方向光振動(dòng)，而與其垂直方向的光振動(dòng)能通過的裝置偏振化方向偏振化方向：能通過光振動(dòng)的方向第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五檢偏：用偏振片檢驗(yàn)光線的偏振化程度起偏：自然光通過偏振片后變?yōu)榫€偏振光起偏檢偏第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五偏振化方向(透光方向)I?P待檢光思考：自然光

I不變線偏振光

I變，有消光部分偏振光

I變，無消光當(dāng)偏振片旋轉(zhuǎn)時(shí).第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五三、馬呂斯定律----馬呂斯定律第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

(1)a=0或a=1800時(shí),I2=I1光強(qiáng)最強(qiáng)討論：(2)a=900或a=2700時(shí),I=0光強(qiáng)最弱問題：之間插入另一偏振片，情況如何？第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

例:兩平行放置的偏振片,偏振化方向成450角,自然光垂直入射后,透射光與入射光的強(qiáng)度之比為多少?(分別討論偏振化方向無吸收和有10%吸收的情況。)第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五解：偏振化方向無吸收時(shí),根據(jù)馬呂斯定律第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五偏振化方向有10%吸收時(shí)，第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

例:自然光和線偏振光的混合光束，通過一偏振片時(shí)，隨著以光線方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)一周，透射光的強(qiáng)度跟著改變。如果最強(qiáng)和最弱的光強(qiáng)之比為6:1,求入射光中自然光和線偏振光的強(qiáng)度比。第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五解：設(shè)自然光和線偏振光的強(qiáng)度分別為I1和

I2,透射光的強(qiáng)度分別為I1'

和I2'

,對(duì)自然光，無論偏振片如何轉(zhuǎn)動(dòng)，有對(duì)線偏振光第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五最大強(qiáng)度，最小強(qiáng)度所以混合光束最大強(qiáng)度為最小強(qiáng)度為得自然光和線偏振光的強(qiáng)度比第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

1、部分偏振現(xiàn)象自然光在兩各向同性媒介分界面上反射和折射時(shí)，反、折射光均成為部分偏振光特點(diǎn)：反射光垂直入射面的振動(dòng)較強(qiáng)，折射光反之四、布儒斯特定律第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

1812年布儒斯特發(fā)現(xiàn)：布儒斯特角此時(shí)有由折射定律----布儒斯特定律某特定入射角時(shí)，反射光為振動(dòng)方向垂直于入射面的線偏振光2、布儒斯特定律第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五例證明當(dāng)自然光入射到平面玻璃板上時(shí)，若在上表面的光為線偏振光，則經(jīng)折射后在下表面的反射光也是線偏振光。n1n2第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五說明：(1)i=i0時(shí)，反射光為線偏振光，而折射光仍然是部分偏振光，但此時(shí)偏振化程度最高(2)反射光光強(qiáng)較弱，折射光較強(qiáng)(3)讓自然光通過玻璃片堆，可使折射光的偏振化程度增加。玻璃片足夠多時(shí)，可使折射光為完全偏振光第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

例:將一介質(zhì)平板放在水中,板面與水平面的夾角為，如圖。已知折射率n水=1.333，n介質(zhì)=1.681，要使水面和介質(zhì)面反射光均為線偏振光,求第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)布儒斯特定律解：如圖所示第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

例：如圖，線偏振光入射到兩介質(zhì)分界面，i0為起偏振角。分別畫出反射光和入光射的振動(dòng)情況。第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五解：反射光強(qiáng)度為零第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五1.雙折射現(xiàn)象雙折射雙折雙折方解石晶體o光e光五、光的雙折射第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五尋常光線（o光）(ordinaryrays)(extraordinrayrays)非常光線（e光）服從折射定律的光線不服從折射定律的光線......eo.......oeACDB第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五不服從折射定律指的是：1.折射光線一般不在入射面內(nèi)；

2.入射角的正弦與折射角正弦之比不是常量，即折射率和入射光線的方向有關(guān)。第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o光不動(dòng)，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)。各向異性透明介質(zhì)，都會(huì)發(fā)生雙折射現(xiàn)象。第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

光軸：光線在晶體中沿某一方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這一方向稱為晶體的光軸單軸晶體：只有一個(gè)光軸(方解石、石英)雙軸晶體：有兩個(gè)光軸(云母、硫磺)2.描述晶體光學(xué)特性的物理量1020102078078010201020光軸第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

主截面：光軸和晶體表面法線組成的平面主平面：某一光線(o光或e光)與光軸組成的平面........光面主光面主平平光軸方向eo光e光o一般情況下，e光不一定在入射面內(nèi)，o光和e光的主平面并不重合第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五(1)o光和e光均為線偏振光3.雙折射光的特點(diǎn)(2)o光的振動(dòng)方向垂直于它自己的主平面，e光的振動(dòng)方向平行于它自己的主平面........光面主光面主平平光軸方向eo光e光o第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

(3)當(dāng)入射面是晶體的主截面時(shí),o光和e光的主平面重合(都在入射面內(nèi)），此時(shí)o光與e光的振動(dòng)方向相互垂直。光軸oe第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五

4.雙折射現(xiàn)象的解釋原因：o光在晶體內(nèi)的速度各向同性，e光卻是各向異性o光：子波波面為球形面e光：子波波面為橢球面正晶體負(fù)晶體第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五光軸光軸惠更斯原理對(duì)雙折射的解釋（設(shè)光軸在入射面內(nèi)）F第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五光軸光軸兩光不分開，但速度不同，光的傳播方向與光軸垂直.兩光不分開，且速度相同，光的傳播方向?yàn)楣廨S方向.第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五5.尼科爾棱鏡加拿大樹膠方解石晶體第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五光軸n加=1.55n=e1.516n=1.6584on=e1.4864~1.6584o光發(fā)生全反射non加>φ=770>臨界角，且n加>ne因?yàn)閑光不會(huì)發(fā)生全反射所以第三十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五六、偏振光的應(yīng)用1.光彈性效應(yīng)在機(jī)械力作用下產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)表明：k：比例系數(shù)，p：壓強(qiáng)檢偏器起偏器第三十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期五2.克爾效應(yīng)在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)表明：k：克爾系數(shù)，E：電強(qiáng)強(qiáng)度檢偏器起偏器克爾盒