大学物理-第十二章-光的偏振

本章教学要求理解自然光和线偏振光。理解布儒斯特定律及马吕斯定律。了解双折射现象。了解线偏振光的获得方法和检验方法。本章重点线偏振光,马吕斯定律,布儒斯特定律。本章难点偏振光的获得方法和检验方法,布儒斯特定律返回目录下一页上一页返回总目录对纵波而言，包含传播方向与振动方向所构成的平面，哪一个都一样，没有一个显示出与另一个有什么区别或不同。称之为波的振动方向对传播方向具有对称性。但对横波而言，由传播方向与振动方向所构成的平面，与包含传播方向而不包含振动方向的其它平面有区别。这种区别与不同称之为波的振动方向对传播方向不具有对称性。这种不对称性称之为偏振。121自然光和偏振光光的波动性光的干涉、衍射光波是横波光的偏振机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝二线偏振光、自然光、部分偏振光光波是电磁波，实验表明引起人的视觉或引起感光材料的光化学效应主要是光波中的电矢量所致，因此，电矢量也称为光矢量。1）线偏振光光矢量E只限于垂直于传播方向的某一确定平面内的光（又称为平面偏振光）。ZXYZXY表示或表示平行于纸面振动垂直于纸面振动振动面光矢量振动方向与传播方向所构成的平面自然光一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光自然光以两互相垂直的互为独立的（无确定的相位关系）振幅相等的光振动表示,并各具有一半的振动能量注意各光矢量间无固定的相位关系二互相垂直方向是任选的XY自然光在垂直于传播方向的平面内，光矢量对称，光矢量振动沿各个方向的概率相等。表示在垂直于传播方向的任意两正交方向光矢量的平均值相等。结论自然光的横波性被发光的随机性所破坏或掩盖。3）部分偏振光光矢量的平均值在某一方向上最强，与之垂直的方向上最弱的偏振光。表示3）部分偏振光光矢量的平均值在某一方向上最强，与之垂直的方向上最弱的偏振光。/于纸面的光振动的平均值垂直于纸面的光振动的平均值。于纸面的光振动的平均值平行于纸面的光振动的平均值。XY一）起偏与检偏起偏从自然光获得偏振光检偏检查某束光是否是偏振光；起偏振器从自然光获得偏振光的装置；检偏振器检查某束光是否是偏振光的装置。二）偏振片及其起偏检偏1）何谓偏振片透明玻璃片涂有金鸡纳霜或碧硒（电气石）等材料的簿膜POLARIZERANDPOLARIZATIONANALYZER、MALUSLAW122偏振片马吕斯定律二）偏振片及其起偏检偏1）何谓偏振片透明玻璃片涂有金鸡纳霜或碧硒（电气石）等材料的簿膜自然光偏振光偏振化方向具有竖直偏振方向的偏振膜。吸收了水平方向的光振动2）偏振片的用途A）作起偏振器ISIS/2B）作检偏振器偏振光变暗自然光不变暗ISIS/2IS/2IS自然光IS/2I0/23马吕斯定律P1若P1P2的偏振化方向间的夹角不为0，也不为90度，则出射的光强为多少垂直方向的分量被偏振片吸收，故出射的光强或IS自然光IS/2I0变暗EE/IS/2P2设自然光通过P1后的振幅为E0，则光强振动分解有马吕斯定律强度为I0的线偏振光透过偏振片后强度变为II0COS2。（为入射的偏振光的振动方向与偏振片偏振化方向间的夹角。）EE/II0COS2线偏振光通过偏振片后I01光强改变2仍然为线偏振光,但振动方向改变角度P1P2例一束自然光，光强度为I0，让其出射两个偏振片，两个偏振片之间的夹角为450，求从第二个偏振片出射的偏振光强度。解I0自然光I0/2【例122】如例122图A所示，在两块偏振化方向相互垂直的正交偏振片P1和P3之间插入另一块偏振片P2，光强为I0的自然光垂直入射于偏振片P1，求转动P2时，透过P3的光强与转角之间的关系。一）反射和折射光中的偏振现象1、反射光中垂直振动强于平行的振动；2、折射光中平行的振动强于垂直振动；3、反射光折射光偏振化的程度随入射角的不同而不同。它们都是部分偏振光N2N1POLARIZATIONOFREFLECTIONANDREFRACTIONBREWSTERSLAW123反射和折射光的偏振布儒斯特定律二）布儒斯特定律（1812年）当入射角等于一特定角时，使之满足时，反射光只有垂直于入射面的振动,变为线偏振光这个特定的角称为布儒斯特角；此时折射光仍为部分偏振光；入射角为起偏振角时，反射光与折射光互相垂直。N2N1注意入射角为起偏振角时，反射光与折射光互相垂直。证明由折射定律式（1）（2）对照（证毕）N2N1注意由布儒斯特定律解决办法多次反射和折射。玻璃堆问题1）反射光强一般较小；2）折射光仍为部分偏振光。N2N1通过反射与折射获得偏振光N1N2N1N2入射角为布儒斯特角时由布儒斯特定律即当光从折射率为N2的介质玻璃入射到折射率为N1空气的介质时，反射光仍为偏振光。证明,玻璃下表面的反射光仍为偏振光例123一束自然光入射到折射率分别为N1和N2的两种介质的交界面上，发生反射和折射。已知反射光是完全偏振光，求折射角R的值。解二）双折射现象自然光O光E光双折射双折射双折射方解石双折射现象同一束光线在晶体的界面上产生折射，晶体内的折射光分为两束。二）寻常光和非寻常光（1687年惠更斯研究）1）两束光均是线偏振光，一束叫寻常光（O光）一束叫非寻常光（E光）2）O光遵守折射定律，而E光不遵守所知的折射定律。O光E光二）寻常光和非寻常光（1687年惠更斯研究）与入射角I有关,随I而变，折射光线不一定在入射面内。对O光对E光（与入射角无关且为定值）E光在晶体中传播光速是一变化值。原因自然光方解石三）晶体的光轴、主截面、主平面7878681021）光轴当光在晶体中传播时，不发生双折射的方向。光轴对方解石而言光轴是从102纯角引直线，使之和它各边成等角68的直线（OO）注意光轴仅代表一个方向，与OO平行的线都是光轴。有两个光轴的晶体称双晶体（云母、硫磺等）仅有一个光轴的晶体称单晶体（如方解石、石英）OO2）O光E与光在晶体中的光速与折射率（2）在垂直于光轴方向，O,E两光传播速度差别最大设该方向E光速度为VE,E光在该方向的折射率为O光在晶体中的折射率都为我们称NO、NE为主折射率。（2）E光在晶体中的传播速度介于VO与VE之间；E光在晶体中的折射率介于NO和NE之间（1）O光在晶体中的传播速度为VO；O光的折射率为NO结论光轴3）主截面晶面法线与光轴组成的平面主截面是由许多平行平面构成。4）主平面光轴和晶体内任一条折射光线组成的平面。O光与E光都有各自的主平面，入射面在主截面内时，O光E光的主平面重合并同在主截面内。注意入射面在主截面内时,O光E光的振动方向互相垂直且O光为振动方向垂直于主截面的偏振光（即与光轴垂直）；E光为振动面平行于主截面的偏振光。102787878光轴入射面在主截面内时，O光E光的振动方向互相垂直，且O光为振动方向垂直于主截面的偏振光；E光为振动方向在主截面的偏振光；78O光E光说明78不同的晶体，E光折射率让光垂直于光轴入射，对NE可以也可也可V0正晶体负晶体在晶体内一个点波源发光的波阵面78光轴正晶体负晶体O光E光光轴5）负晶体与正晶体光轴四）用惠更斯原理解释双折射现象先明确一个概念在各向同性的介质中，波面法线与光线的方向一致，即光线与波面垂直光线是能量传播的方向。但在各向异性介质中，光线只是能量传播的方向。波面法线并不一定是光传播的方向了。如晶体中E光传播的方向就不一定与波阵面垂直，光传播的方向要看能量传播的方向。O光E光晶体光轴光轴（负晶体）1）入射面与主截面平行的情况A）光轴与晶体表面有一夹角（斜入射）（负晶体）1）入射面与主截面平行的情况B）光轴与晶体表面有一夹角（正入射）自然光光轴（负晶体）C）光轴与晶体表面平行（正入射）自然光O光E光光轴OE二光通过厚度D的光程差四分之一波片二分之一波片（半波片）结论有双折射。自然光O光E光光轴（负晶体）D）光轴与晶体表面垂直（正入射）A）光轴与晶体表面平行（斜入射）（负晶体）2）入射面与主截面垂直的情况O光E光光轴自然光负晶体O光E光光轴朝左看看到了光轴A）光轴与晶体表面平行（斜入射）（负晶体）2）入射面与主截面垂直的情况AACDD五）偏振棱镜自然光光轴6871装置O光E光76CFFCABNMDFEBAD将方解石晶体两端的天然晶面磨成与棱边CD成68角，然后将晶体沿AMDN剖开，再用加拿大树胶将剖面粘合即成方解石1）尼科尔棱镜（WNICOL1928年）AABCC自然光光轴6871NO1658NE1486O光E光N树胶155076DO光以76入射到