大學(xué)物理：光的偏振

1.橫波的偏振性只有橫波才有偏振現(xiàn)象，而縱波無偏振問題。一、偏振光與自然光

光矢量的振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性光矢量振動(dòng)面v0E光的偏振2.偏振光的分類偏振態(tài)光矢量在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)的振動(dòng)狀態(tài)。可分為下列4

種：線偏振光、橢圓偏振光(圓偏振光)、自然光、部分偏振光（1）線偏振光--光矢量只在某一固定的方向上振動(dòng)。E播傳方向振動(dòng)面·面對(duì)光的傳播方向看線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解。EEyEx

yx

0線偏振光的表示法：·····光振動(dòng)垂直板面光振動(dòng)平行板面（2）圓偏振光和橢圓偏振光

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)。矢量端點(diǎn)軌跡為橢圓時(shí)稱其為橢圓偏振光，軌跡為圓時(shí)稱其為圓偏振光。右旋圓偏振光右旋橢圓偏振光（3）完全非偏振光——自然光：普通光源發(fā)出的光,在垂直于傳播方向的平面上,所有可能方向的光矢量E的振幅都相等。普通光源發(fā)光：一個(gè)原子一次發(fā)光一定是偏振光。普通光源中包含許許多多原子,不同的原子所發(fā)光波,或同一原子不同時(shí)刻所發(fā)光波,其振動(dòng)方向,振幅,初始相位各不相同。在垂直于光傳播方向的平面內(nèi),在人們觀察的時(shí)間內(nèi),光振動(dòng)在各個(gè)方向的幾率相同,沒有那一個(gè)方向占更大優(yōu)勢(shì).我們稱這種光為自然光。自然光自然光的分解

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。自然光的表示法：···自然光

在垂直于傳播方向的平面上,一些方向的光振動(dòng)比另一些方向的光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。

部分偏振光

部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。部分偏振光的表示法：······平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)··（4）部分偏振光部分偏振光的分解二、起偏和檢偏

起偏：使自然光變成線偏振光的過程。

檢偏：檢查入射光的偏振性的過程。

（1）反射和折射起偏--布儒斯特定律

反射和折射過程會(huì)使入射的自然光有一定程度的偏振化，因?yàn)榉瓷涔鈱?duì)光振動(dòng)方向有選擇性，與入射面垂直的光振動(dòng)容易反射。自然光部分偏振光部分偏振光1.起偏

反射光的偏振化程度和入射角有關(guān)，當(dāng)入射角等于某一特定值i0

，且滿足：這時(shí)反射光成為線偏振光。布儒斯特定律自然光線偏振光部分偏振光起偏振角布儒斯特角利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光i0(接近線偏振光)玻璃片堆最后獲得兩束振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光。課堂討論：將下面各圖中的反射光和折射光的偏振態(tài)在圖中標(biāo)出，其中為布儒斯特角

1.在攝影鏡頭前加上偏振鏡消除反光

下圖1這張照片拍攝時(shí)沒有加偏振濾鏡，玻璃面上的反射光現(xiàn)象很明顯。此照片拍攝時(shí)相機(jī)指向與玻璃大約成45度角。圖2的照片是加上偏振濾鏡后拍攝的。相機(jī)指向與玻璃仍然是45度角左右。可以看出，雖然偏振濾鏡消去了大部分的反射光，但是仍然有一部分反射光存在。這是因?yàn)樵?5度角離布儒斯特角甚遠(yuǎn)，玻璃面上的反射光是部分偏振光，偏振濾鏡無法把這樣的反射光全部濾去。圖3在拍攝時(shí)調(diào)整了相機(jī)的位置，使相機(jī)與玻璃面的夾角大約在55度，基本上等于布儒斯特角。從玻璃面上反射光是線偏振光，用偏振濾鏡可以把反射光幾乎全部濾去。從這幾張照片中可以看出，只有在布儒斯特角入射的光線，其反射光才會(huì)是線偏振的。

偏振的應(yīng)用（C）用濾光鏡消除了反射偏振光使玻璃門內(nèi)的人物清晰可見（A）玻璃門表面的反光很強(qiáng)（B）用濾光鏡減弱了反射偏振光（2）二向色性—偏振片起偏

某些晶體（電氣石、硫酸金雞鈉堿晶體等）對(duì)光振動(dòng)有強(qiáng)烈的選擇性吸收能力，這種性質(zhì)稱為二向色性。如電氣石晶體對(duì)自然光的某一振動(dòng)方向上的光振動(dòng)幾乎完全吸收，而垂直于該方向的光振動(dòng)只稍微減弱后通過。

利用物質(zhì)的二向色性制成的起偏裝置稱為偏振片。

偏振片允許通過的光振動(dòng)方向稱為偏振片的偏振化方向，用或表示。偏振化方向自然光偏振片線偏振光動(dòng)光學(xué)雙折射現(xiàn)象波

動(dòng)光學(xué)1)雙折射的尋常光和非尋常光恒量玻璃折射定律方解石晶體3雙折射起偏光通過雙折射晶體

尋常光線（o光）(ordinaryrays)服從折射定律的光線(extraordinrayrays)

非常光線（e光）不服從折射定律的光線（一般情況，非常光線不在入射面內(nèi)）實(shí)驗(yàn)證明：O光和光均為偏振光.ACBoeDeo

產(chǎn)生雙折射的原因O光波陣面

光波陣面光軸

尋常光線在晶體中各方向上傳播速度相同.

常量

非常光線晶體中各方向上傳播速度不同,隨方向改變而改變.為主折射率方解石晶體

光軸在方解石這類晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)光線沿這一方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射現(xiàn)象.稱這一方向?yàn)榫w的光軸.光軸AB光軸光軸

主截面當(dāng)光在一晶體表面入射時(shí)，此表面的法線與光軸所成的平面.

當(dāng)入射面是主截面時(shí)，O

光的振動(dòng)垂直主截面；光的振動(dòng)平行于主截面.光軸

光

光2)尼科耳棱鏡BCAD

光光加拿大樹膠尼科耳棱鏡可用于起偏和檢偏起偏器檢偏器自然光線偏振光....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化2.檢偏—馬呂斯定律

根據(jù)光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器時(shí)其光強(qiáng)的變化情況來判斷該光偏振性的過程稱檢偏。I?P待檢光I不變

是什么光？I變，有消光

是什么光？I變，無消光

是什么光？馬呂斯定律

I1I2P

馬呂斯定律（1809）——消光

---線偏振光的振動(dòng)方向與檢偏器的偏振化方向之間的夾角。

.起偏器檢偏器自然光線偏振光....例9-8用兩個(gè)偏振片組成起偏器和檢偏器，在它們的偏振化方向成30°角時(shí)觀察一光源，又在成60°角時(shí)觀察同一位置處的另一光源，兩次觀察所得強(qiáng)度相等，求兩光源的強(qiáng)度之比。解：設(shè)兩光源的強(qiáng)度分別為I01、I02例題2

兩偏振片的偏振方向相互垂直，若在其中間插入一偏振片,其偏振化方向與第一偏振片的偏振化方向夾角為，求自然光入射后，出射光強(qiáng).解：作圖示的示意圖3偏振光的應(yīng)用——旋光現(xiàn)象

線偏振光通過某些透明介質(zhì)后，它的光振動(dòng)方向?qū)⒗@著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)某一角度

的現(xiàn)象，稱為旋光現(xiàn)象。這種介質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。如石英、糖等。

迎著光的傳播方向觀察，光通過旋光物質(zhì)時(shí)，光矢量的振動(dòng)方向按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，稱為左旋偏振光，相應(yīng)物質(zhì)稱左旋物質(zhì)；反之為右旋偏振光，相應(yīng)物質(zhì)稱右旋物質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)證明：振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度

與材料的厚度d、濃度C

、入射光的波長(zhǎng)

以及溫度有關(guān)。對(duì)于固體：

為旋光率，與旋光物質(zhì)、入射光波長(zhǎng)及溫度有關(guān)。對(duì)于液體：M為起偏器；

N為檢偏器；旋光物體C（例如石英片）放在兩個(gè)正交的偏振片M與N之間，將