第12章9,10 光的偏振

1、1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偏振偏振振动方向对传播方向的不对称性振动方向对传播方向的不对称性光的干涉、衍射光的干涉、衍射 光的光的波动性波动性 光的偏振光的偏振 光波是光波是横波横波横横波波具具有有偏偏振振性性22符号表示符号表示12.9.1自然光自然光 偏振光偏振光 自然光自然光 ：一般光源发出的光，各个方向：一般光源发出的光，各个方向的光矢量振幅都相等的光矢量振幅都相等 . vE E注意注意 各光矢量间无固定的相各光矢量间无固定的相位关系位关系 . 任一点的光振动可分解成任一点的光振动可分解成两个相互垂直两个相互垂直方向的振动方向的振动.3振动面振

2、动面 偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）符号表示符号表示光振动只沿某一固定方向的光光振动只沿某一固定方向的光 .vE E 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .符号表示符号表示4412.9.2偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 二向色性二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的某些物质能吸收某一方向的光振动光振动 , , 而只让与这个方向垂直的光振动通而只让与这个方向垂直的光振动通过过, , 这种性质称二向色性这种性质称二向色性 . 偏振片偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片涂有

3、二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向向叫此偏振片的偏振化方向 .55检偏器检偏器起偏与起偏与检偏检偏起偏器起偏器6 自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到不同方向的偏振光。人眼对光振动的方片就可得到不同方向的偏振光。人眼对光振动的方向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化。的变化。自然光、偏振光、部分偏振光的检验自然光、偏振光

4、、部分偏振光的检验 线偏振光入射，若偏振化方向与线偏振光的振动线偏振光入射，若偏振化方向与线偏振光的振动方向成方向成90角，则线偏振光将完全不能通过。因此，角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现象。化，并有消光现象。讨论讨论7部分偏振光入射，则转动偏振片时，视部分偏振光入射，则转动偏振片时，视场中光强有变化，但无消光现象。场中光强有变化，但无消光现象。偏振片转一周消光线偏光部分偏光强度变，无消光自然光自然光强度不变透光轴88NM12.9.3 马吕斯定律马吕斯定律（1880 年）年）E0Ecos0

5、EE 2020EEII检偏器检偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII 马吕斯定律马吕斯定律99例例12-13 要使一束线偏振光通过偏振片后振动方向转要使一束线偏振光通过偏振片后振动方向转过过90，至少需要让这束光通过几块理想偏振片？在此，至少需要让这束光通过几块理想偏振片？在此情况下，透射光强最大是原来光强的多少倍？情况下，透射光强最大是原来光强的多少倍？解解至少需要两块至少需要两块理想偏振片理想偏振片(如如图所示图所示).其中其中P1透光轴与线偏振光透光轴与线偏振光振动方向的夹角为振动方向的夹角为，第二块偏振，第二块偏振片透光轴与片透光轴与P1透光轴夹角为透光轴夹角为(90).设入射

6、线偏振光原来的光强设入射线偏振光原来的光强为为I0，则透射光强，则透射光强22222000coscos (90)cossinsin 24IIII当当290，即，即45时，时， .0max4III101060 补充例补充例 有两个偏振片有两个偏振片, ,一个用作起偏器一个用作起偏器, 一一个用作检偏器当它们偏振化方向间的夹角个用作检偏器当它们偏振化方向间的夹角为为 时时 , , 一束单色自然光穿过它们一束单色自然光穿过它们, , 出射出射光强为光强为 ； 当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时，另一束单色自然光穿过它们时，另一束单色自然光穿过它们 , , 出射光强出射光强为为

7、, , 且且 . 求两束单色自然光的强求两束单色自然光的强度之比度之比 .301I2I21II 1111 解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为I10 和和 I20 . 经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和220I210I经过检偏器后经过检偏器后,30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021 IIII12 入射面入射面 入射光线和入射光线和法线所成的平面法线所成的平面 . 反射光反射光 部分部分偏振光，偏振光，垂直于入射面的振动占垂直于入射面的振动占优势。优势。一、光反射与折射时的偏振态一、光反射与折射时的偏

8、振态空气空气i1ni玻璃玻璃2n 折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的振偏振光，平行于入射面的振动占优势。动占优势。理论和实验证明理论和实验证明：偏振化程度与入射角有关：偏振化程度与入射角有关 .1313二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律（1812年）年）反射光为完全偏振光，反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光折射光为部分偏振光,平行于入射面的振动占平行于入射面的振动占优势。优势。ntanin201当当 时，时，i0i01n玻璃玻璃2n空气空气1414( (1) )反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直 .sininsinn021sinin

9、tanicosin02001cosisincos()02i02讨论讨论0i0i1n玻璃玻璃2n空气空气折射定律折射定律:布儒斯特定律布儒斯特定律:比较两式比较两式,得得:1515ntancotintani10201 ( (2) )根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角角从从 入射时，折射角为入射时，折射角为i0 , 角即为从玻角即为从玻璃到空气的布儒斯特角璃到空气的布儒斯特角 ，反射光为线偏振光。，反射光为线偏振光。 2n1n 2n玻玻璃璃0i0i1n玻璃玻璃2n0i1616 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃 , , 反射光的强度约占入反射光的强度约占入射光强度的射光强度

10、的7.5% , , 大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃. 一般应用一般应用玻璃片堆玻璃片堆产生偏振光产生偏振光.利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光0i三、应用三、应用 用玻璃片堆获取偏振光17 在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是 偏振光。偏振光。 也可用玻璃片作检偏器。也可用玻璃片作检偏器。 在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、柔和，可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振调、柔和，可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振片可减少入射的反射光光强。在雪地，海洋上反片可减少入射的反射光光强。在雪地，海洋上反射光很强，为保护视力可带装有偏振片的眼镜，射光很强，为保护视力可带装有偏振片的眼镜，或在望远镜前加偏振片。或在望远镜前加偏振片。1818 补充补充例例: 空气的折射率空气的折射率n1=1, 水的折射率为水的折射率为n2=1.33, 一自然光自空气射向水中一自然光自空气射向水中, 求布儒斯求布儒斯