大学物理：14-10自然光和偏振光

1、1第14章 波动光学光的偏振证明了光的横波性。光的偏振证明了光的横波性。一一. 自然光自然光面对光的传播方向观察面对光的传播方向观察yxEE yxIII自然光的表示法自然光的表示法 分解分解光矢量在板面内光矢量在板面内的分振动的分振动光矢量垂直于板光矢量垂直于板面的分振动面的分振动光矢量光矢量 取任一方向的几率均相等。取任一方向的几率均相等。E2第14章 波动光学二二. 偏振光偏振光光矢量只保留某一个方向的振动，或在某一方向上占优势。光矢量只保留某一个方向的振动，或在某一方向上占优势。1. 线偏振光线偏振光（完全偏振光）（完全偏振光）光振动平行板面光振动平行板面光振动垂直板面光振动垂直板面 2

2、. 部分偏振光部分偏振光平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强 振动面振动面: :由光矢量振动方向和光的传播方向构成的平面由光矢量振动方向和光的传播方向构成的平面偏振面偏振面: :和振动面垂直和振动面垂直, ,包含光的传播方向在内的平面包含光的传播方向在内的平面三三. 如何获得偏振光如何获得偏振光1. 通过偏振片通过偏振片2. 光在二界面的反射和折射光在二界面的反射和折射3. 双折射双折射3第14章 波动光学一一. 偏振片（二向色性）偏振片（二向色性）偏偏振振化化方方向向自自然然光光振振线线偏偏光光偏振片偏振片 偏振片的性质：自然光通过偏振片，仅一个方

3、向上的光振偏振片的性质：自然光通过偏振片，仅一个方向上的光振动动（或其他方向的光振动在该方向的分量）（或其他方向的光振动在该方向的分量）可以通过，另一个方向的可以通过，另一个方向的光振动被吸收，而成为完全偏振光。光振动被吸收，而成为完全偏振光。 偏振化方向：偏振片允许通过的光振动的方向。偏振化方向：偏振片允许通过的光振动的方向。4第14章 波动光学形象说明偏形象说明偏振片的原理振片的原理通光方向通光方向腰横别扁担进不了城门腰横别扁担进不了城门5第14章 波动光学二二. 偏振光的起偏和检偏偏振光的起偏和检偏起偏起偏由自然光获得偏振光的过程。由自然光获得偏振光的过程。自然光自然光I0线偏振光线偏振

4、光I偏振化方向偏振化方向021II ?I 线偏振光线偏振光I起偏器起偏器检偏器检偏器三三. 马吕斯定律马吕斯定律 2EI max0III或 ，02I3或，2( (马吕斯定律马吕斯定律) ) 消光消光EEI222cos cosEE E cos 2II 当当; ; 当当6第14章 波动光学思考：思考： 两个正交偏振片中间再加一个偏振片，将出现什么现象？两个正交偏振片中间再加一个偏振片，将出现什么现象？P1P3求解：求解： 光强为光强为I0 的一束自然光，依次通过三个偏振片的一束自然光，依次通过三个偏振片P1 、P2和和P3。已知已知P1 和和 P3 的偏振化方向相互垂直，且偏振片无吸收。设的偏振化

5、方向相互垂直，且偏振片无吸收。设P1 和和P2 的偏振化方向的夹角为的偏振化方向的夹角为，若以入射光为轴旋转若以入射光为轴旋转P2，则通过则通过这三个偏振片后的光强这三个偏振片后的光强是是_ ；当；当为为_时时 ，I有最大有最大值值_ 。7第14章 波动光学一一. 反射和折射产生的偏振光反射和折射产生的偏振光1. 反射、折射光都是部分偏振光反射、折射光都是部分偏振光 2. .反射光中垂直入射面振动占优势反射光中垂直入射面振动占优势 折射光中平行入射面振动占优折射光中平行入射面振动占优势势3. 改变入射角的大小，改变入射角的大小，反射、反射、 折射光的偏振化程度变化折射光的偏振化程度变化 二二.

6、 布儒斯特定律布儒斯特定律 实验定律实验定律i0 布儒斯特角或起偏角布儒斯特角或起偏角i0+r0=90o 时，反射光为线偏振光时，反射光为线偏振光102020sinsincosninrni201tannin8第14章 波动光学三三. 应用：应用：1、测量不透明介质的折射率、测量不透明介质的折射率 2、用玻璃堆可获得两束互相垂直的线偏振光、用玻璃堆可获得两束互相垂直的线偏振光9第14章 波动光学一一. 晶体中光的双折射现象晶体中光的双折射现象 方解石方解石1 1.双折射双折射o 光光e 光光2. 2. 寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光 两折射光线中有一条始终在入两折射光线中有一条始终在入射面内，

7、并遵从折射定律，称为射面内，并遵从折射定律，称为寻常光，简称寻常光，简称 o o 光光 另一条光一般不遵从折射定律，另一条光一般不遵从折射定律，称非常光，简称称非常光，简称 e e 光光 ioe1n2ns1R2R一束光入射到各向异性的一束光入射到各向异性的介质后出现两束折射光线介质后出现两束折射光线的现象。的现象。10第14章 波动光学3. 晶体的光轴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。方向称为晶体的光轴。例如例如 方解石晶体方解石晶体(冰洲石冰洲石)光轴光轴光轴是一特殊的方向光轴是一特殊的方向,凡平行于

8、此凡平行于此方向的直线均为光轴。方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体。单轴晶体：只有一个光轴的晶体。双轴晶体：有两个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体4. 主平面主平面主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面.78o102o78o102o光轴与光轴与 o 光构成的平面叫光构成的平面叫 o 光主平面光主平面.光轴与光轴与 e 光构成的平面叫光构成的平面叫 e 光主平面光主平面.11第14章 波动光学5. 正晶体、负晶体正晶体、负晶体e光光光轴光轴e 光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o 光的光的主平面主平面光轴在入射面内时光轴在入

9、射面内时,o 光主平面和光主平面和e 光主平面重合光主平面重合,此时此时o 光振动和光振动和e 光振光振动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很小，故可认为动相互垂直。一般情况下，两个主平面夹角很小，故可认为o 光振动光振动和和e 光振动仍然相互垂直。光振动仍然相互垂直。光轴光轴o 光光:oocnve 光光:evcnetovtovtev光轴光轴 ( o 光主折射率光主折射率)( e 光主折射率光主折射率)(o光振动垂直光振动垂直o 光主平面光主平面)(e 光振动在光振动在e 光主平面内光主平面内)12第14章 波动光学 正晶体正晶体光轴光轴 eonn eovv 光轴光轴 负晶体负晶体eonn

10、eovv tovtevovevevov( ( 垂直光轴截面垂直光轴截面 ) )( ( 垂直光轴截面垂直光轴截面 ) )( ( 平行光轴截面平行光轴截面 ) )( ( 平行光轴截面平行光轴截面 ) )13第14章 波动光学o光光二二. 惠更斯原理解释双折射现象惠更斯原理解释双折射现象方解石方解石光轴光轴2. 光轴平行入射面，自然光垂直入射负晶体中光轴平行入射面，自然光垂直入射负晶体中方解石方解石光轴光轴1. 光轴平行入射面，自然光斜入射负晶体中光轴平行入射面，自然光斜入射负晶体中 BB光轴光轴e光光o光光e光光e光光o光光A光轴光轴 14第14章 波动光学3. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射光

11、轴平行晶体表面，自然光垂直入射 此时此时，o, e 光传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出光传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出射后，二者产生相位差。射后，二者产生相位差。光o光e 光o光e15第14章 波动光学三三. 晶体偏振器晶体偏振器1. 尼科耳棱镜尼科耳棱镜2. 渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜 光e上述两种棱镜得到的偏振光上述两种棱镜得到的偏振光质量非常好，但质量非常好，但棱镜棱镜本身价本身价格很高，因而使用较少。格很高，因而使用较少。负晶体负晶体 (1.486)(1.55)(1.658)eonnn 光光o 光光e 光光e光光ooeoei,eonn o光光o光光e光光光o加拿大树胶加拿大