大学物理基础 光的偏振.ppt

电磁波是横波 E B v三者都是垂直的 1 机械横波特点 13 9线偏振光自然光 2 光波的特点 由于光源发光是由大量原子发光组成 每个原子发光的振动方向都是随机的 E和B在各方向的振动都存在 可引起人的视觉的只有E矢量 光矢量 E 每个光矢量可分解为两相互垂直的振动 E 13 9 1自然光 用相互垂直的光振动描写自然光 这两个方向的光振动的光强为自然光强度的一半 13 9 2偏振光 线偏振光 只有某一个方向的光振动 部分偏振光 某一个方向的光振动占优势 某些物质能强烈地吸收某个方向的光振动 当自然光照射上时 只允许某个特定方向的光振动通过 形成偏振光 1 偏振片 聚乙烯醇浸碘后拉成薄膜 夹在两玻璃片间制成偏振片 2 偏振化方向 允许特定光振动通过的方向 13 10偏振片的起偏和检偏马吕斯定律 13 10 1起偏和检偏 3 起偏 将自然光转变成偏振光的过程 偏振化方向 起偏器 4 检偏 检测偏振光的过程 检偏器 起偏器 当P1 P2时 透射光最强 最亮 当P1 P2时 透射光为0 最暗 实验发现 马吕斯 EtienneLouisMalus1775 1812 马吕斯从事光学方面的研究 1808年发现反射时光的偏振 确定了偏振光强度变化的规律 现称为马吕斯定律 他研究了光在晶体中的双折射现象 1811年 他与J 毕奥各自独立地发现折射时光的偏振 提出了确定晶体光轴的方法 研制成一系列偏振仪器 法国物理学家及军事工程师 出生于巴黎 1796年毕业于巴黎工艺学院 曾在工程兵部队中任职 1808年起在巴黎工艺学院工作 1810年被选为巴黎科学院院士 曾获得过伦敦皇家学会奖章 13 10 2马吕斯定理 两偏振片偏振化方向夹角为 将通过P1的光矢量振幅A1 分解为平行于P2的分量A2和垂直于P2的分量A 垂直分量A 不能通过P2 平行分量A2可通过P2 由于光强与光振幅平方成正比 马吕斯定律 马吕斯定律 讨论 1 当 时 2 当 时 消光 例1 两偏振片堆叠在一起 一束自然光垂直入射其上时没有光线透过 当其中一偏振片慢慢转动180 时透射光强度发生的变化为 B A 光强单调增加 B 光强先增加 后有减小至零 C 光强先增加 后减小 再增加 D 光强先增加 然后减小 再增加再减小至零 例2 有三个偏振片堆叠在一起 第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直 第二块和第一块的偏振化方向相互平行 然后第二块偏振片以恒定的角速度w绕光传播的方向旋转 设入射自然光的光强为I0 试证明 此自然光通过这一系统后 出射光的光强为 当自然光入射到媒质表面时 反射光和折射光都是部分偏振光 当入射角满足 时 反射光为 偏振光 折射光为部分偏振光 13 11反射和折射产生的偏振布儒斯特定律 13 11 1反射和折射产生的偏振 13 12 2布儒斯特定律 反射线与折射线垂直 证明 由折射定律 和布儒斯特定律 证毕 即反射线与折射线垂直 玻璃n2 1 5 布儒斯特角 水n2 1 33 玻璃堆可产生较强的反射偏振光 玻璃片堆起偏和检偏 例 一束自然光自空气射向一块平板玻璃 如图 设入射角等于布儒斯特角i0 则在界面2的反射光 B A 光强为零 B 是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D 是部分偏振光 当一束自然光穿过双折射晶体时 分成两束偏振光 如方解石晶体 例如 白纸上涂一个黑点 将方解石放在纸上 可观察到两个黑点 旋转方解石 一个黑点不动 另一个黑点旋转 13 12双折射现象 13 12 1晶体的双折射现象 1 寻常光 o光 服从折射定律 沿各方向的光的传播速度相同 各向折射率no相同 为偏振光 寻常光 非常光 2 非常光 e光 不服从折射定律 沿各方向的光的传播速度不相同 各向折射率ne不相同 为偏振光 1 光轴 在该方向上o光 e光的传播速度相同 折射率相同 两光线重合 AB两点的连线为光轴 平行于光轴方向 o e光重合 垂直于光轴方向 no ne相差最大 o e光偏离最大 光轴 主平面 正负晶体 2 主平面 主截面 晶体内任一光线和光轴所决定的平面为此光线的主平面 o光 e光都有各自的主平面 o光的振动方向与它的主平面垂直 e光的振动方向与它的主平面平行 垂直入射时 两主平面重合 3 正负晶体 正晶体 负晶体 如方解石晶体 如石英晶体 例 ABCD为一块方解石的一个截面 光轴方向在屏幕面内且与AB成一锐角q 如图所示 一束平行的单色自然光垂直于AB端面入射 在方解石内折射分解为o光和e光 o光和e光的 A 传播方向相同 光矢量的振动方向互相垂直 C D 传播方向不相同 光矢量的振动方向不互相垂直 C 传播方向不相同 光矢量的振动方向互相垂直 B 传播方向相同 光矢量的振动方向不互相垂直 1 一束光强为I0的自然光垂直穿过两个偏振片 且此两偏振片的偏振化方向成45 角 若不考虑偏振片的反射和吸收 则穿过两个偏振片后的光强为 B A B C D 2 三个偏振片P1 P2与P3堆叠在一起 P1与P3的片振化方向相互垂直 P2与P1的片振化方向间的夹角为30 强度为I0的自然光垂直入射到偏振片P1 并依次透过偏振片P1 P2与P3 若不考虑偏振片的吸收和反射 则通过三个偏振片后的光光强为 C A B C D 3 自然光以60 的入射角照射到某一透明介质表面时 反射光为线偏振光 则知 B A 折射光为线偏振光30 B 折射光为部分偏振光 折射角为30 C 折射光为线偏振光 折射角不能确定 D 折射光为部分偏振光 折射角不能确定 4 一束自然光自空气射向一块平板玻璃 如图 设入射角等于布儒斯特角i0 则在界面2的反射光 B A 光强为零 B 是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D 是部分偏振光 5 一束光是自然光和线偏振光的混合光 让它们垂直通过一偏振片 若以此入射光束为轴旋转偏振片 测得透射光强度最大值是最小值的5倍 那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 A A 1 2 B 1 5 C 1 3 D 2 3 6 两偏振片堆叠在一起 一束自然光垂直入射其上时没有光线透过 当其中一偏振片慢慢转动180 时透射光强度发生的变化为 B A 光强单调增加 B 光强先增加 后有减小至零 C 光强先增加 后减小 再增加 D 光强先增加 然后减小 再增加再减小至零 7 使一光强为I0的平面偏振光先后通过两个偏振片P1和P2 P1和P2的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角是a和90 则通过这两个偏振片后的光强I是 C B 0 A C D E 8 一束光是自然光和线偏振光的混合光 让它垂直通过一偏振片 若以此入射光束为轴旋转偏振片 测得透射光强度最大值是最小值的5倍 那么入射光