第十二章-光的偏振.ppt

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 了解圆偏振光 椭圆偏振光及偏振光的干涉 本章重点 线偏振光 马吕斯定律 布儒斯特定律 双折射 本章难点 偏振光的获得方法和检验方法 布儒斯特定律双折射 返回目录 下一页 上一页 12 1自然光与偏振光 光的偏振目录 12 3反射和折射时的偏振布儒斯特定律 12 4双折射现象 12 2偏振片起偏和检偏 12 5利用双折射现象产生偏振光的仪器 返回总目录 第十二章光的偏振 Polarization 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 返回本章目录 下一页 上一页 12 1自然光和偏振光 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 返回本章目录 下一页 上一页 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 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 返回本章目录 下一页 上一页 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 各光矢量间无固定的相位关系 二互相垂直方向是任选的 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 返回本章目录 下一页 上一页 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 返回本章目录 下一页 上一页 4 圆偏振光 椭圆偏振光 频率相同 相位差 恒定而振动方向相互垂直的两列光波迭加后 在垂直于光波传播方向的平面内 光矢量以一定的频率旋转 其端点的运动轨迹通常是一个椭圆 称这种合成光波为椭圆偏振光 当两线偏光的振幅相等 即Ax Ay 且 2k 1 2时 轨迹由椭圆变为圆 称为圆偏振光 当 k 时 光振动轨迹变为直线 成为线偏振光 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 Polarizerandpolarizationanalyzer Malus law 返回本章目录 下一页 上一页 12 2偏振片马吕斯定律 自然光 偏振光 返回本章目录 下一页 上一页 2 偏振片的用途 A 作起偏振器 Is Is 2 B 作检偏振器 偏振光 变暗 不变暗 Is Is 返回本章目录 下一页 上一页 3 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 变暗 设自然光通过P1后的振幅为E0 则光强 振动分解有 返回本章目录 下一页 上一页 I I0cos2 线偏振光通过偏振片后 1 光强改变 2 仍然为线偏振光 但振动方向改变 角度 返回本章目录 下一页 上一页 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 返回本章目录 下一页 上一页 返回本章目录 下一页 上一页 例12 2 如例12 2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 Polarizationofreflectionandrefraction Brewster slaw 返回本章目录 下一页 上一页 12 3反射和折射光的偏振布儒斯特定律 二 布儒斯特定律 1812年 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 注意 返回本章目录 下一页 上一页 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 由布儒斯特定律 返回本章目录 下一页 上一页 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 通过反射与折射获得偏振光 返回本章目录 下一页 上一页 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 返回本章目录 下一页 上一页 例12 3一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 五 偏振光的应用 汽车车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜 1 防止对面来的灯光耀眼 返回本章目录 下一页 上一页 如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片 而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角 那么 司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光 而看不到对面车灯的光 这样 汽车在夜间行驶时 即不要熄灯 也不要减速 可以保证安全行车 2 放立体电影 原理 利用人眼的双眼效应 双眼睁开 一只眼睁开 一只眼关闭 拍摄 返回本章目录 下一页 上一页 立体电影原理 返回本章目录 下一页 上一页 3 偏振现象在摄影技术中的应用在摄影技术中 为了在不同自然条件下拍到理想的或具有艺术效果的照片 一般在照相机镜头前加不同的镜片 其中一种镜片是 偏光镜 偏光镜的用途之一是为了更清楚的拍摄水中的物体和鱼类等 如在公园清澈的水塘中游荡着漂亮的金鱼 用相机拍照的最大问题是水表面反射的光线使人看不清水下的鱼 根据布儒斯特定律 自然光经水面反射后是部分偏振光 而在布儒斯特角时是平面偏振光 水的折射率为1 33 相应的布儒斯特角为i0 53 如右图所示 在相机的镜头前加上偏光镜 摄影者在岸上将相机以53 左右 估计 对准水面 旋转镜头前的偏光镜 使其偏振化方向与反射光的偏振面垂直拍照 此时 在取景器中看到水中的物体最清楚 则可大大减小反射光的影响 拍到清晰的金鱼照片 生物的生理机能与偏振光人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的 某些昆