第21章-光的偏振

1、21.1 自然光和偏振光自然光和偏振光振动面：振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。偏振偏振: : 波的振动方向相对传播方向的不对称性。波的振动方向相对传播方向的不对称性。光矢量光矢量振动面振动面v0HE二、自然光二、自然光 因原子发光的因原子发光的“随机性随机性”，光矢量各向随机，光矢量各向随机均匀分布，振幅相等，称为均匀分布，振幅相等，称为自然光自然光。EvvEyEx各向光振动无固定相位关系。各向光振动无固定相位关系。三、偏振光三、偏振光（1）线偏振光：线偏振光：光矢量只沿一个固定方向振动光矢量只沿一个固定方向振动振动面：振动面：光振动方向与传

2、播方向构成的平面光振动方向与传播方向构成的平面（2）部分偏振光：部分偏振光： 一方向光振动较另方向占优势。一方向光振动较另方向占优势。线偏振光与自然光的混合线偏振光与自然光的混合一、偏振片一、偏振片偏振片：偏振片：能吸收某一方向光振动，让与其垂直的光能吸收某一方向光振动，让与其垂直的光振动通过的一种透明薄片。振动通过的一种透明薄片。偏振化（通光）方向：偏振化（通光）方向：允许通过的光振动方向。允许通过的光振动方向。偏振片用途：偏振片用途：“起偏起偏”和和“检偏检偏” 21.2 由介质吸收引起的光的偏振由介质吸收引起的光的偏振.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，

3、光强不变. . . . . . . .自然光自然光.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . . . . . .自然光自然光.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . . . . . .自然光自然光.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . . . . . .自然光自然光.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . . . . . .自然光自然光.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，

4、光强不变. . . . . . . .自然光自然光.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . . . . . .自然光自然光. . . .检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变. . . .自然光自然光. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检

5、偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通

6、过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零起偏器起偏器检偏器检偏器（1）自然光强）自然光强 I。 线线偏振光偏振光, I = I。/ 2（2）线线偏振光强偏振光强 I。 线线偏振光偏振光, I = ?自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光0I20II（3）部分部分偏振光偏振光 线线偏振光偏振光光强不变无消光光强不变无消光 有两次消光现象有两次消光现象 有

7、两次极大极小有两次极大极小偏振片偏振片偏振片偏振片偏振片偏振片二、马吕斯定律二、马吕斯定律I。IoA1A2Acos1oAA oII ,0023,2I马吕斯定律马吕斯定律偏振片的应用很多，例如：偏振片的应用很多，例如：l作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。反射光。l制成偏光眼镜，可观看立体电影。制成偏光眼镜，可观看立体电影。l作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。例例1: 已知自然光通过两已知自然光通过两个偏振化方向相交个偏振化方向相交60的偏振片，透射光强为的偏振片，透射光强为I1，今在，今在 这两偏振片间这两偏振片

8、间再插入一与前两个偏振再插入一与前两个偏振化方向均夹化方向均夹30角的偏角的偏振片，则透射光强为多振片，则透射光强为多少？少？解：解：IIII4160coscos22114II oI2oII 1I1212330cos430cosIIII 43330cos12 III149IoII I I 例例2： 一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一偏振片时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变一偏振片时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到五倍。求入射光中自然光和线偏振光的强度各占入化到五倍。求入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分之几？射光

9、强度的几分之几？解：解： 设入射光强度设入射光强度I0 = I10(自然光强度自然光强度)+I20(线偏振光强度线偏振光强度 )通过偏振片后：通过偏振片后： 220101cos21III ;212010maxIII 10min21II minmax5II 10202II 3110 oII3220 oII例题例题3 一束自然光入射到互相重叠的四块偏振片上，一束自然光入射到互相重叠的四块偏振片上，每块偏振片的偏振化方向相对前面一块偏振片沿顺时针每块偏振片的偏振化方向相对前面一块偏振片沿顺时针(迎着透射光看迎着透射光看)转过转过300角，问：入射光中有百分之几透角，问：入射光中有百分之几透过这组偏振

10、片（不计偏振片对光的吸收）过这组偏振片（不计偏振片对光的吸收）? P1P2P3P4解解: 设入射光的光强设入射光的光强Io , 透透过四块偏振片后的光强分过四块偏振片后的光强分别别I1，I2，I3和和I4. 第一块偏振片起起偏作第一块偏振片起起偏作用，只透过沿偏振化方向振动的光，所以有用，只透过沿偏振化方向振动的光，所以有:0121II 20212cos21cosIII 射入第二块偏振片的光为线射入第二块偏振片的光为线偏振光，根据马吕斯定律偏振光，根据马吕斯定律I2为为: 即入射光的即入射光的21能透过偏振片组能透过偏振片组.0606023421. 02321cos21cosIIIII 402

11、23cos21cosIII 同理可得同理可得I3和和I4为为:2n1noii90oi2n1n自然光自然光部分部分偏振光偏振光部分部分偏振光偏振光部分部分偏振光偏振光自然光自然光线线偏振光偏振光12sinsin)90cos(sincossinnniiiitgiooooo布儒斯特定律：布儒斯特定律：自然光以布儒斯特角入射到两不自然光以布儒斯特角入射到两不同介质表面，其反射光为线偏振光，光振动垂直于同介质表面，其反射光为线偏振光，光振动垂直于入射面。入射面。布儒斯特角：布儒斯特角：12nntgio90oioin1n2玻璃片堆：玻璃片堆：oi布儒斯特角布儒斯特角线偏振光线偏振光用以增大反射光的强度和折

12、射光的偏振用以增大反射光的强度和折射光的偏振化程度。化程度。 2i由图可知由图可知13. 133. 15 . 1tan232 nni22301156362648 )90( iii 解解: :由布儒斯特定律由布儒斯特定律 i i例题：例题：如图所示，自然光由空气入射到折射率为如图所示，自然光由空气入射到折射率为的水面上，入射角为的水面上，入射角为 i i 时使反射光为完全偏振光。今有时使反射光为完全偏振光。今有一块玻璃浸入水中，其折一块玻璃浸入水中，其折射率为射率为 ， 若光若光由玻璃面反射也成为完由玻璃面反射也成为完全偏振光，求水面与玻全偏振光，求水面与玻璃之间的夹角璃之间的夹角 33. 12

13、 n5 .13 n33. 1tan12 nni453 i22648 i 一、双折射现象一、双折射现象 寻常光和非常光寻常光和非常光 对于各向异性晶体，一束光对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可以观察到有两射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。束折射光的现象。寻常光线寻常光线(o光光) -遵守折射定律遵守折射定律非常光线非常光线(e光光) -不遵守折射定律不遵守折射定律o光和光和e光都是线偏振光。光都是线偏振光。 SI1R2R oe光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射当方解石

14、晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体二、晶体的光轴与光线的主平面二、晶体的光轴与光线的主平面 当光在晶体内沿某个特当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光射，该方向称为晶体的光轴。轴。 “ “光轴光轴”是一特殊的是一特殊的

15、“方向方向”, ,不是指一条直线。不是指一条直线。凡平行于此方向的直线均为光轴。凡平行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体A AB B光轴光轴102102主平面：主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。o o光的振动面垂直于光的振动面垂直于o o光的主平面光的主平面e e光的振动面在光的振动面在e e光的主平面内光的主平面内主截面：主截面： 由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光

16、光光轴光轴o光的光的主平面主平面.oeACDB法线法线.光光面面主主光光面面主主平平平平光轴方向光轴方向eo光光e光光o主截面主截面主平面主平面1.如果从一平静的水面反射出来的太阳光是完全偏振如果从一平静的水面反射出来的太阳光是完全偏振的的,则太阳的仰角则太阳的仰角(如图如图)大致等于大致等于_;反射光中的反射光中的E矢量的方向应为矢量的方向应为_。水面水面仰角仰角太阳太阳2.一束光垂直入射在偏振片一束光垂直入射在偏振片P上，以入射光线为轴转动上，以入射光线为轴转动P，观察通过观察通过P的光强的变化过程。若入射光是的光强的变化过程。若入射光是_，则将看到光强不变；若入射光是则将看到光强不变；若

17、入射光是_,则将看到明则将看到明暗交替变化暗交替变化,有时出现全暗有时出现全暗;若入射光是若入射光是_,则将则将看到明暗交替变化看到明暗交替变化,但不出现全暗但不出现全暗.3.3.应用应用布儒斯特角可以测介质的折射率布儒斯特角可以测介质的折射率.今测得此介质的今测得此介质的起偏振角起偏振角i=56o,该介质的折射率为该介质的折射率为_.自然光自然光偏振偏振光光部分偏振部分偏振光光 56tgn12tg n垂直垂直4.一束光强为一束光强为Io的自然光垂直穿过两个偏振片的自然光垂直穿过两个偏振片,此两偏振片此两偏振片的偏振化方向成的偏振化方向成45o角角, 若不考虑偏振片的反射和吸收若不考虑偏振片的

18、反射和吸收,则穿则穿过这两个偏振片后的光强过这两个偏振片后的光强I为为 A. B. C. D.5. 自然光以自然光以60o的入射角照射到某两介质交界面时的入射角照射到某两介质交界面时,反射光反射光为完全偏振光为完全偏振光, 则推断折射光为则推断折射光为 A. 完全偏振光且折射角是完全偏振光且折射角是30o. B.部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为 的的介质介质 时时 ,折射角是折射角是30o. C. 部分偏振光部分偏振光,但须知两种介质的折射率才能确定折射角但须知两种介质的折射率才能确定折射角. D. 部分偏振光且折射角是部分偏振光且折射角是30o.42Io4Io2Io22Io37. 一束自然光自空气射向一块平板