大学物理-第十二章-光的偏振2

,光的偏振,本章教学要求： 理解自然光和线偏振光。了解线偏振光的获得方法和检验方法。理解布儒斯特定律及马吕斯定律。,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,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,12.2 偏振片 起偏和检偏,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不相干的（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,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,Polarizer and polarization analyzer、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P1 P2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.,Polarization of reflection and refraction.Brewsters law,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：,二）双折射现象,O光,e光,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。,11.4 双折射现象,(Double Refraction),返回本章目录,下一页,上一页,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：,原因,方解石,返回本章目录,下一页,上一页,三）晶体的光轴、主截面、主平面,1）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）,O,O,返回本章目录,下一页,上一页,2）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：,返回本章目录,下一页,上一页,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。,返回本章目录,下一页,上一页,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；,O光,e光,说明：,返回本章目录,下一页,上一页,不同的晶体，e光折射率：,让光垂直于光轴入射，对,n e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：,正晶体,负晶体,o光,e光,5）负晶体与正晶体,光轴,返回本章目录,下一页,上一页,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，,返回本章目录,下一页,上一页,o光,e光,晶体,（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）,返回本章目录,下一页,上一页,（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,返回本章目录,下一页,上一页,（负晶体）,C）光轴与晶体表面平行（正入射）,自然光,o光,e光,O e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）,返回本章目录,下一页,上一页,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）,返回本章目录,下一页,上一页,o光,e光,光轴,负晶体,o光,e光,朝左看,看到了！,返回本章目录,下一页,上一页,五）偏振棱镜,自然光,装置：,o光,e光,C,F,F,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（WNicol 1928年）,返回本章目录,下一页,上一页,自然光,no=1.658,ne=1.486,o光,e光,D,O光以76入射到阿拉伯树胶，产生全反射后被吸收。,返回本章目录,下一页,上一页,o光,e光,O光,e光,2）渥氏棱镜（Wouaston）,o光,e光,O光、e光是相对