大學(xué)物理：第 19 章 光的偏振

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章光的偏振序言十七世紀(jì)下半葉牛頓：光的微粒說(shuō)惠更斯：光的波動(dòng)說(shuō)十九世紀(jì)初托馬斯?楊：雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、直邊衍射現(xiàn)象菲涅爾：光的波動(dòng)理論十九世紀(jì)中葉麥克斯韋：光的電磁波理論十九世紀(jì)末二十世紀(jì)初愛(ài)因斯坦：光子假設(shè)光的量子說(shuō)§序-1簡(jiǎn)短的歷史回顧§序-2光源發(fā)射輻射的發(fā)光體反射輻射的物體（次級(jí)光源）特性：大小、強(qiáng)度、顏色點(diǎn)光源線度小到可以忽略的光源一、光源的發(fā)光機(jī)理原子發(fā)光激發(fā)態(tài)壽命10-11～10-8s自發(fā)輻射

一定頻率，長(zhǎng)度有限的光波列E1E2基態(tài)激發(fā)態(tài)分子，凝聚物質(zhì)發(fā)光能級(jí)分布準(zhǔn)連續(xù)連續(xù)頻率的光波列光源發(fā)光大量原子和分子持續(xù)、隨機(jī)地發(fā)射的光波列二、單色輻射和多色輻射熱輻射光源白熾燈、弧光燈、太陽(yáng)非熱輻射光源氣體放電管、鈉光燈、水銀燈、日光燈光譜光的強(qiáng)度按頻率（或波長(zhǎng)）的分布線光譜連續(xù)光譜400nm500nm600nm700nmH2HgNa太陽(yáng)吸收光譜三、光波列的頻譜寬度一個(gè)光波列，嚴(yán)格講不是一單色光，有頻譜寬度或理論可證明：波矢為波列長(zhǎng)度又代入上式為該波列的發(fā)光時(shí)間，或原子在激發(fā)態(tài)的壽命。顯然或單色性愈好§序-3光的直線傳播與衍射一、光線的概念?SDE二、光速與折射率真空中：c=299,793±0.3km/s媒質(zhì)中：v<c

與頻率有關(guān)空氣中：v=0.9997c折射率

n=c/v三、波面與光程??AB色散END第

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章光的偏振§19.1偏振光與自然光§19.2線偏振光的獲得和檢驗(yàn)§19.3橢圓（圓）偏振光的獲得和檢驗(yàn)§19.1偏振光與自然光一、光的偏振性光是橫波光矢量（E）的各種振動(dòng)狀態(tài)偏振態(tài)五種偏振態(tài)（光）線偏振光（平面偏振光）橢圓偏振光自然光部分偏振光圓偏振光二、線偏振光與橢圓偏振光線偏振光光矢量在傳播中始終保持在一個(gè)固定平面上振動(dòng)。平行斜交垂直yzyzx振動(dòng)面x振動(dòng)面yz沿y-z平面內(nèi)任一方向振動(dòng)的線偏振光二個(gè)相互垂直、同頻率、同相位（或相位差為p）的線偏振光的疊加EyEz橢圓（圓）偏振光光矢量繞著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)角速度對(duì)應(yīng)光的角頻率；光矢量端點(diǎn)的軌跡是一個(gè)橢圓(圓)。

yx

z0

yx

z0

y

z

y

z右旋左旋二個(gè)相互垂直、同頻率、相位差確定的線偏振光的疊加當(dāng)時(shí)為橢圓偏振光當(dāng)，且振幅相等時(shí)為圓偏振光橢圓（圓）偏振光三、自然光與部分偏振光每個(gè)原子發(fā)射的光波列為一偏振光自然光：大量原子隨機(jī)發(fā)射的光波列的集合，每個(gè)光波列的頻率、相位、振動(dòng)方向、波列長(zhǎng)度均不同。就振動(dòng)方向而言，具有軸對(duì)稱分布。自然光的圖示一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。

y

z

y

zIy=Iz部分偏振光光矢量的振動(dòng)方向不具有軸對(duì)稱分布，而是在某一方向占優(yōu)勢(shì)。部分偏振光的圖示END§19.2線偏振光的獲得和檢驗(yàn)一、偏振片馬呂斯定律偏振片利用媒質(zhì)的某種光學(xué)不對(duì)稱性制成的光學(xué)元件作用：從自然光獲得線偏振光各向異性通光方向P偏振片的通光方向（P）稱為偏振化方向P1P2起偏器檢偏器EaP馬呂斯（Malus）定律考慮線偏振光經(jīng)過(guò)一偏振片只有Ecosa分量可通過(guò)自然光入射，出射光強(qiáng)為Ia0消光位置馬呂斯定律[例19-1]兩塊性質(zhì)完全相同的偏振片平行放置，其通光方向P1、P2間夾角為p/6。光強(qiáng)為I0的自然光垂直入射，經(jīng)過(guò)第一塊偏振片后的光強(qiáng)為0.32I0，求經(jīng)過(guò)第二塊偏振片后的出射光強(qiáng)。P1P2I00.32I0I=？解：光強(qiáng)經(jīng)P1后小于0.5I0，說(shuō)明偏振片有吸收。透過(guò)率為由馬呂斯定律，通過(guò)P2后的出射光強(qiáng)為[例19-2]一束光是自然光和線偏振光的混合光，當(dāng)它垂直通過(guò)一偏振片后，隨著偏振片的偏振化方向取向的不同，出射光強(qiáng)度可以變化5倍。問(wèn)：入射光中自然光與線偏振光的強(qiáng)度各占入射光強(qiáng)度的百分比為多少？解：由馬呂斯定律式中I0、I1分別為入射光中自然光與線偏振光的強(qiáng)度由題意可知解得：I1

=2I0自然光所占百分比：線偏振光所占百分比：二、反射和折射時(shí)的偏振布儒斯特（Brewster）定律：當(dāng)自然光以一定的角度入射到兩種媒質(zhì)表面時(shí)，反射光與折射光之間的夾角恰好垂直，此時(shí)反射光為垂直于入射面的線偏振光。相應(yīng)的入射角ib稱為布儒斯特角（起偏角）：ibrn1n2推導(dǎo)：由折射定律代入即得結(jié)果當(dāng)入射角不等于布儒斯特角時(shí)，反射光、折射光均為部分偏振光為什么？q振蕩電偶極子電磁輻射強(qiáng)度的角分布ibrn1n2折射時(shí)的偏振光玻璃片堆ibrn1n1n2n2在任一面上的入射角均為布儒斯特角。三、晶體的雙折射1.晶體的雙折射現(xiàn)象當(dāng)一束自然光射入某些晶體后出現(xiàn)了二束折射光的現(xiàn)象二束折射光中一束滿足折射定律，稱為尋常光（o光）ordinaryrays另一束不滿足折射定律，稱為非常光（e光）extraordinaryrayso光e光光軸

o光和e光均為線偏振光光軸晶體內(nèi)的一個(gè)特殊方向，光沿此方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。單軸晶體雙軸晶體主平面光在晶體中傳播時(shí)，光線與光軸構(gòu)成的平面。o光振動(dòng)方向與主平面垂直，e光振動(dòng)方向與主平面平行光軸2.單軸晶體中的子波各向異性e

與方向有關(guān)晶體內(nèi)光的傳播速度與光的傳播方向有關(guān)o光垂直于主平面（垂直于光軸），沿各方向傳播速度相同e光平行于主平面（與光軸有一定夾角），沿各方向傳播速度不同光在晶體內(nèi)傳播速度的大小和光矢量與光軸間的相對(duì)取向密切相關(guān)光軸定義：主折射率ve為e光在與光軸垂直方向的傳播速度o光的波陣面球面e光的波陣面旋轉(zhuǎn)橢球面o光滿足折射定律e光沿各方向傳播速度不同，ne隨入射角變化而變化，不滿足