偏振原理及应用

1、光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射 .光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振 .机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝一、横波与偏振现象一、横波与偏振现象 2、实验： 取一根软绳，一端固取一根软绳，一端固定在墙上，手持另一定在墙上，手持另一端上下抖动，就在软端上下抖动，就在软绳上形成一列横波绳上形成一列横波. .现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的另一侧（图甲）如果狭缝与振动方向垂直，则振另一侧（图甲）如果狭缝

2、与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙）动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙） 如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧如果将这根绳换成细软的弹簧，前后推动弹簧形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵形成纵波，则无论狭缝怎样放置，弹簧上的纵波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（如下波都可以通过狭缝传播到木板的另一侧（如下图）图） 受上面实验的启发，我们受上面实验的启发，我们可以利用类似的实验来判断光可以利用类似的实验来判断光波是横波还是纵波波是横波还是纵波 偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方

3、方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片偏振片对光波的向平行的光波才能通过偏振片偏振片对光波的作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样作用就像上图中的狭缝对于机械波的作用一样 现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板，来现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板，来做光学实验做光学实验点击下图观看动画演示 当只有一块偏振片时，以当只有一块偏振片时，以光的传播方向为轴旋转偏光的传播方向为轴旋转偏振片，透射光的强度不振片，透射光的强度不变变当两块偏振片的透振方向当两块偏振片的透振方向平行时，透射光的强度最平行时，透射光的强度最大，但是，比通过一块偏大，但是，比通过一块偏振片时

4、要弱振片时要弱当两块偏振片的透振方向当两块偏振片的透振方向垂直时，透射光的强度最垂直时，透射光的强度最弱，几乎为零弱，几乎为零. .3、产生上述现象的原因1 1、太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直、太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同这种光叫做方向振动的光波的强度都相同这种光叫做自然自然光光 . .2 2、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的光波才

5、能通过也就是说，通过第一个偏振片光波才能通过也就是说，通过第一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动这种光叫做一个特定的方向振动这种光叫做偏振光偏振光 横波只沿着横波只沿着某一个特定的方某一个特定的方向振动，称为波向振动，称为波的偏振只有横的偏振只有横波 才 有 偏 振 现波 才 有 偏 振 现象象3 3、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称为为检偏器检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个

6、偏振片的么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大透振方向平行，透射光的强度最大4 4、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零强度为零 所以，光是一种横波所以，光是一种横波 三、偏振光的获取三、偏振光的获取问题：问题： 如何从普通光源中取得偏振光呢？如何从普通光源中取得偏振光呢？方法：方法： （1 1）偏振片法）偏振片法 （2 2）反射折射法）反射折射法检

7、偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器方法：方法： （1 1）用起偏器获取偏振光）用起偏器获取偏振光光的偏振现象并不罕见除了从光源（如光的偏振现象并不罕见除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光，都是偏振光自然光射到看到的绝大部分光，都是偏振光自然光射到两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，两种介质的界面上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之间的夹角恰好是使反射光与折射光之间的夹角恰好是9090，这，这时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振方向互相垂直方向互相垂直1.一般入射角的

8、情况一般入射角的情况反射光反射光 折射光都是折射光都是部分偏振光部分偏振光 反射光中反射光中 垂直入射面振动占优垂直入射面振动占优折射光中折射光中平行入射面振动占优平行入射面振动占优方法：方法： （2 2）布儒斯特定律布儒斯特定律2.特殊入射角的情况特殊入射角的情况1 ) ) 两光偏振状态两光偏振状态反射光反射光 - 完全偏振光完全偏振光折射光折射光 - 部分偏振光部分偏振光2 ) )反射光线与折射光线反射光线与折射光线 垂直垂直( (起偏角起偏角或或布儒斯特角布儒斯特角 ) )1210nntgi入射角满足入射角满足3、布儒斯特定律、布儒斯特定律 1210nntgi光在两各向同性介质表面入射时

9、光在两各向同性介质表面入射时如果入射角与两介质折射率存在下述关系如果入射角与两介质折射率存在下述关系反射光成为只有垂直振动的线偏振光反射光成为只有垂直振动的线偏振光这就是布儒斯特定律这就是布儒斯特定律 四、偏振光的应用四、偏振光的应用 光的偏振在科学技术及工业生产中有光的偏振在科学技术及工业生产中有着广泛的应用。比如在机械工业中，利用着广泛的应用。比如在机械工业中，利用偏振光的干涉来分析机件内部应力分布情偏振光的干涉来分析机件内部应力分布情况，这就是光测弹性力学的课题。在化工况，这就是光测弹性力学的课题。在化工厂里，我们可以利用偏振光测量溶液的浓厂里，我们可以利用偏振光测量溶液的浓度。偏光干涉

10、仪、偏光显微镜在生物学、度。偏光干涉仪、偏光显微镜在生物学、医学、地质学等方面有着重要的应用。在医学、地质学等方面有着重要的应用。在航海、航空方面则制出了偏光天文罗盘。航海、航空方面则制出了偏光天文罗盘。 1汽车车灯汽车车灯 汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前小灯，放慢车速，以免发生车祸。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

11、成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，可以保夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，证安全行车。另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向这些

12、强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏带一副只能透射竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。 2、观看立体电影、观看立体电影 在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍机的镜头相当于人的两只眼睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看映在银幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得到立体感

13、。为到其中一个画面，就可以使观众得到立体感。为此，在放映时，两个放放像机每个放像机镜头上此，在放映时，两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片，放一个偏振片，两个偏振片的偏振化方向相互垂两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏振片，左眼偏振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振右眼偏振片的偏振化方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，化方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过银幕上的两个画面分别通过两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影两只

14、眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了像了。 偏光镜头偏光镜头 立体电影立体电影 光的偏振现象有很多应用如在拍摄日落光的偏振现象有很多应用如在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的时水面下的景物、池中的游鱼、玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射陈列物的照片时，由于水面或玻璃表面的反射光的干扰，常使景像不清楚如果在照相机镜光的干扰，常使景像不清楚如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰景像清晰偏振现象的应用：拍摄偏振现象的应用：拍摄（C C）用偏光镜用偏光镜消除消除了了反射偏振光反射偏振光 使使玻璃门内的人物玻璃门内的人物清晰可见清晰可见（A A）玻璃门玻璃门表面的表面的反光很强反光很强（B B）用偏光镜用偏光镜减弱减弱了反射偏振光了反射偏振光橱窗设计橱窗设计 本堂课小结本堂课小结一、光的偏