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下半葉牛頓：光的微粒說惠更斯：光的波動說十九世紀初托馬斯?楊：雙縫干涉實驗、直邊衍射現(xiàn)象菲涅爾：光的波動理論十九世紀中葉麥克斯韋：光的電磁波理論十九世紀末二十世紀初愛因斯坦：光子假設(shè)光的量子說§序-1簡短的歷史回顧§序-2光源發(fā)射輻射的發(fā)光體反射輻射的物體（次級光源）特性：大小、強度、顏色點光源線度小到可以忽略的光源一、光源的發(fā)光機理原子發(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)光能級分布準連續(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、日光燈光譜光的強度按頻率（或波長）的分布線光譜連續(xù)光譜400nm500nm600nm700nmH2HgNa太陽吸收光譜三、光波列的頻譜寬度一個光波列，嚴格講不是一單色光，有頻譜寬度或理論可證明：波矢為波列長度又代入上式為該波列的發(fā)光時間，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§19.3橢圓（圓）偏振光的獲得和檢驗§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固定平面上振動。平行斜交垂直yzyzx振動面x振動面yz沿y-z平面內(nèi)任一方向振動的線偏振光二個相互垂直、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)角速度對應(yīng)光的角頻率；光矢量端點的軌跡是一個橢圓(圓)。

yx

z0

yx

z0

y

z

y

z右旋左旋二個相互垂直、同頻率、相位差確定的線偏振光的疊加當時為橢圓偏振光當，且振幅相等時為圓偏振光橢圓（圓）偏振光三、自然光與部分偏振光每個原子發(fā)射的光波列為一偏振光自然光：大量原子隨機發(fā)射的光波列的集合，每個光波列的頻率、相位、振動方向、波列長度均不同。就振動方向而言，具有軸對稱分布。自然光的圖示一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、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方向不具有軸對稱分布，而是在某一方向占優(yōu)勢。部分偏振光的圖示END§19.2線偏振光的獲得和檢驗一、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)過一偏振片只有Ecosa分量可通過自然光入射，出射光強為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。光強為I0的自然光垂直入射，經(jīng)過第一塊偏振片后的光強為0.32I0，求經(jīng)過第二塊偏振片后的出射光強。P1P2I00.32I0I=？解：光強經(jīng)P1后小于0.5I0，說明偏振片有吸收。透過率為由馬呂斯定律，通過P2后的出射光強為[例19-2]一束光是自然光和線偏振光的混合光，當它垂直通過一偏振片后，隨著偏振片的偏振化方向取向的不同，出射光強度可以變化5倍。問：入射光中自然光與線偏振光的強度各占入射光強度的百分比為多少？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、反射和折射時的偏振布儒斯特（Brewster）定律：當自然光以一定的角度入射到兩種媒質(zhì)表面時，反射光與折射光之間的夾角恰好垂直，此時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)果當入射角不等于布儒斯特角時，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度的角分布ibrn1n2折射時的偏振光玻璃片堆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)的一個特殊方向，光沿此方向傳播時不發(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，光線與光軸構(gòu)成的平面。o光振動方向與主平面垂直，e光振動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