第九章 波动光学-§98 光的偏振

1、大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队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 光矢量光矢量 的的振动方向总与光的传播方向垂直，所振动方向总与光的传播方向垂直，所以光波是横波。以光波是横波。E大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队一、自然光一、自然光 偏振光偏振光1. 自然光自然光 ：普通光源发出的光，包含：普通光源发出的光，包含着各个方向的光矢量，在所有可能的着各个方向的光矢量，在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等（方向上，光矢量的振幅都相等（轴对轴对称）称）。 自然光可

2、以自然光可以用用两个互相两个互相垂直垂直的、的、互为独立的（互为独立的（无确定无确定的的相位相位关系）、关系）、振幅相等的光振动表示振幅相等的光振动表示 , 并各具有并各具有一一半半的振动能量的振动能量 。符号表示符号表示vE注意注意 二个二个互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的 。短线短线表示光矢量振动表示光矢量振动在纸面内在纸面内圆点圆点表示光矢量振动表示光矢量振动垂直纸面垂直纸面大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队2 . 线偏振光线偏振光（完全完全偏振光）偏振光）符号表示符号表示3. 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直的另：某一方向的光振动比与之垂

3、直的另一方向上的光振动占优势。一方向上的光振动占优势。符号表示符号表示光矢量只在某一固定的方向上振动。光矢量只在某一固定的方向上振动。振动面振动面vE大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队 起起 偏偏二、偏振片二、偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 1. 二向色性二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让而只让与这个方向垂直的光振动通过与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性。这种性质称二向色性。2. 偏振片偏振片 ：涂有二向色性材料的透明薄片：涂有二向色性材料的透明薄片 。 3. 偏振化方向偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上

4、时，它只让某一当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光振动通过，这个方向称为该偏振片的偏振化方特定方向的光振动通过，这个方向称为该偏振片的偏振化方向向 。021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器起偏器大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器0I02II大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队三、马吕斯定律三、马吕斯定律（1880 年）年）检偏器检偏器起偏器起偏器012II IE1ANM2201coscos2III 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的的线偏线偏振光振光通过检偏器后通过检偏器后, 出射光的强度为出射光的强

5、度为1I0INMA1A1cosAA2222122111coscosIAAIAA为两偏振片偏振化方向的夹角为两偏振片偏振化方向的夹角大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队 例例9.8.1 利用两块偏振片作为起偏器和检偏器来观察利用两块偏振片作为起偏器和检偏器来观察A、B两个自两个自然光光源。若观察然光光源。若观察A光源时，两偏振化方向间的夹角为光源时，两偏振化方向间的夹角为45，而而观察观察B光源时，该夹角为光源时，该夹角为60时，才能使两次观察的光强相等，时，才能使两次观察的光强相等，那么那么A、B光源的光强之比是多少？光源的光强之比是多少？0AI0BI解：解：设设A、B两两

6、光源的光强光源的光强分别为分别为 和和 。由马吕斯定律得由马吕斯定律得:20cos 452AAII 20cos 602BBII 2020cos 601cos 452AABBIIII 大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队BA0I0IAIBCACIBICBA例例9.8.1自然光入射到相互正交的两偏振片自然光入射到相互正交的两偏振片A、B上，无透射光，上，无透射光，若在两偏振片中间又插入一个偏振片若在两偏振片中间又插入一个偏振片C，能有透射光吗？（设通，能有透射光吗？（设通过过A、B、C的光强分别为的光强分别为IA、IB、IC）大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学

7、团队2222200cos ()sin2cossinsin 228BCCIIIII30,220IAIBCACIBICBA220coscos2CAIII 012AII 令：令：20sin 208BII得：得：当当C的偏振化方向既不与的偏振化方向既不与A的平行，的平行，也不与也不与A的垂直时，就有光透过的垂直时，就有光透过B。大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队20001cos 6028III 解解: :012I(1) 自然光通过第一个偏振片后光强变为自然光通过第一个偏振片后光强变为根据马吕斯定律，透射光强为根据马吕斯定律，透射光强为0I02I200cos 602I例题例题3 3

8、 （1 1）让光强为）让光强为I I0 0 的自然光通过两偏振化方向成的自然光通过两偏振化方向成6060角的角的偏振片，求透射光的强度偏振片，求透射光的强度I I1 1； (2) 在此两个偏振片之间再插入另在此两个偏振片之间再插入另一个偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振方向均成一个偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振方向均成30角，求透射光的光强角，求透射光的光强I2 。大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队(2) (2) 入射的自然光透过前两个偏振片后的光强为入射的自然光透过前两个偏振片后的光强为0I02I3p2p1p200cos 302I20200cos 3

9、0cos 302I200cos 302I以此作为入射光强射在最后一个偏振片上，根据马吕斯定律，以此作为入射光强射在最后一个偏振片上，根据马吕斯定律，透射光强为透射光强为20200209cos 30cos 30232III大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队空气空气i1n 入射面入射面 入射光线和法线所成入射光线和法线所成的平面的平面 . 反射光：反射光： 部分部分偏振光偏振光 ，垂直垂直于入射面的振动于入射面的振动大大于平行于入射于平行于入射面的振动面的振动 。 折射光：折射光： 部分部分偏振光，偏振光，垂直垂直于入射面的振动于入射面的振动小于小于平行于入射平行于入射面的振

10、动面的振动 。理论和实验证明理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关：反射光的偏振化程度与入射角有关 。i四、光在反射和折射时的偏振四、光在反射和折射时的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律 玻璃玻璃2n大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）反射光反射光为为线偏振光线偏振光，且振动方，且振动方向向垂直垂直入射面，入射面，折射光折射光为为部分部分偏振光偏振光。120tannni 当当 时，时，当入射角为布儒斯特角当入射角为布儒斯特角i0时，时，反射光和折射光反射光和折射光互相垂直互相垂直 。00120cossintaniinni000c

11、ossincos()2i002i讨论讨论0201sinsininn折射定律折射定律空气空气0i0i1n玻璃玻璃2n0大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队注意注意 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射光强度的反射光的强度约占入射光强度的7.5% , 大部分光将透过玻璃。大部分光将透过玻璃。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大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队玻璃堆玻璃堆 自然自然光光完全偏振光完全偏振光完全偏振光完全偏振光大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队0i0i0iiii讨论讨论讨论下列光

12、线的反射和折射（讨论下列光线的反射和折射（起偏角起偏角 ）.0i大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学五、光的双折射现象五、光的双折射现象 寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光 nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律方解石晶体方解石晶体各向同性介质各向同性介质各向异性介质各向异性介质大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队光通过光通过双折射晶体双折射晶体大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队 寻常光线（寻常光线（o o光）光）遵循折射定律的光线遵循折射定律的光线 非常光线（非常光线（e e光）光）不不遵循折射定律的光线遵循折射定律的光线（一般情况，非常光线不在入射面内）（一般情况，非常光线不在入射面内）实验证明：实验证明： O 光和光和 光均为光均为线偏振光（完全偏振光）线偏振光（完全偏振光）。eACBoeDeo大学物理大学物理校级精品课程教学团队校级精品课程教学团队六、偏振光的应用六、偏振光的应用 避免炫光的设备避免炫光的设备 如：偏振光眼镜：偏振轴沿着铅直方向，可以过滤掉如：偏振光眼镜：偏振轴沿着铅直方向，可以过滤掉沿着水平方向振动的入射光。沿着水平方向振动的入射光。 又如：在轮船的舷窗、火车、飞机的窥窗上安装偏振又如：在轮船的舷窗、火车、飞机的