15、光的偏振

光的偏振 光的偏振polarizationoflight 一 光的偏振性polarizedpropertyoflight 1 纵波 波的振动方向与波的传播方向相同2 横波 波的振动方向与波的传播方向相互垂直3 偏振 振动方向对于传播方向的不对称性4 只有横波才有偏振现象 是区别于纵波的明显标志 23 1自然光和偏振光 7 振动面 planeofvibration 电矢量与传播方向所构成的平面称为振动面 5 光波是横波 transversewave 光矢量 lightvector 电矢量 6 平面偏振光 又称线偏振光 planepolarizedlight linearpolarizedlight 在光的传播过程中电矢量的振动只限于某一确定的平面内 8 平面偏振光的图示 二 自然光与偏振光Naturallightandpolarizedlight 1 自然光naturallight 非偏振光unpolarizedlight 普通光所发出的光一般是自然光 不能直接观察到偏振现象 2 原因普通光源所发出的光 波列之间是相互独立的 没有固定的关联 相位 振动方向 振幅 波列长短等 按统计原理 无论哪一方向的振动在各方向上的分布是对称的 振幅也可看成是完全相等的 统计平均 这种光称为自然光 3 自然光的分解 自然光中任何一个方向的光振动都可分解成某两个相互垂直方向的振动 可将自然光分解为两束相互独立的 等振幅的 振动方向相互垂直的线偏振光 这两束线偏振光的光强各等于自然光光强的一半 4 注意两互相垂直的偏振光 由于相互独立 没有固定的相位关系 所以不能合成一个线偏振光 三 部分偏振光 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 不等幅的 不相干的线偏振光 部分偏振光的表示法 图示 自然光 线偏振光 部分偏振光 23 2起偏和检偏马吕斯定律 一 起偏 偏振片 使自然光变成线偏振光的光学元件 起偏 使自然光变成线偏振光的过程 自然光 线偏振光 透光轴 电气石晶片 检偏 检查入射光的偏振性 偏振片的起偏 自然光通过偏振片后光强减为原来的一半 二 马吕斯定律 I0 I 消光 马吕斯定律 1809 三 检偏器 analyser 用来检验平面偏振光的偏振片 偏振片既可以作起偏器又可以作检偏器 思考 I变 有消光 是什么光 I变 无消光 是什么光 I不变 是什么光 23 3反射和折射光的偏振 一 反射和折射时光的偏振 反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化 i i0时 且i0 r0 90O 反射光只有垂直于入射面的光矢量 由 有 i0 布儒斯特角或起偏角 布儒斯特定律 1812年 若n1 1 00 空气 n2 1 50 玻璃 则 二 利用玻璃片堆产生线偏振光 当i i0时 自然光从空气 玻璃 玻璃片堆 最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光 一 双折射现象 对于各向异性晶体 一束光射入晶体后 可以观察到有两束折射光的现象 寻常光线 o光 遵守折射定律 非常光线 e光 不遵守折射定律 o光和e光都是线偏振光 23 4光的双折射 光 光 当方解石晶体旋转时 o光不动 e光围绕o光旋转 双折射 纸面 方解石晶体 光 光 当方解石晶体旋转时 o光不动 e光围绕o光旋转 双折射 纸面 方解石晶体 光 光 当方解石晶体旋转时 o光不动 e光围绕o光旋转 双折射 纸面 方解石晶体 光 光 当方解石晶体旋转时 o光不动 e光围绕o光旋转 双折射 纸面 方解石晶体 二 晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射 该方向称为晶体的光轴 光轴 是一特殊的 方向 不是指一条直线 凡平行于此方向的直线均为光轴 单轴晶体 只有一个光轴的晶体 双轴晶体 有两个光轴的晶体 例题 入射光I0为自然光 四片偏振片分别顺时针转300 求透射光强 解 自然光经过第一偏振片后 光强为 经过第二偏振片后 光强为 经过第三偏振片后 光强为 经过第四偏振片后 光强为 透射光强是入射光强的21 例题 如图 自然光由空气入射到 折射率n2 1 33的水面上 入射角为i时使反射光为完全偏振光 今有一块玻璃浸入水中 其折射率n3 1 5 若光由玻璃面反射也成为完全偏振光 求水面与玻璃之间的夹角 解 根据反射光成为完全偏振光的条件i 900i 900 由图可知 i2 为所求的角 从折射定律可得 又因i2是布儒斯特角 由布儒斯特定律可得 波动光学小结 一 光的干涉现象 相干条件同频率 同振动方向 恒定相位差 振幅相差不太大 光程差不能太大 二 相干叠加与非相干叠加I I1 I2 2 I1I2 1 2COS I I1 I2三 杨氏双缝干涉 明纹 暗纹 条纹间距 四 光程和光程差 光程L nidi 光程差 L2 L1 相位差和光程差的关系 五 等倾干涉 扩展光源有利 明纹 暗纹 六 等厚条纹 1 劈尖 2