大学物理第十一章光学第10节光的偏振性马吕斯定律

1、第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版光的光的波动性波动性表现在光的干涉、衍射。表现在光的干涉、衍射。光波是光波是横波横波表现在光的偏振。表现在光的偏振。光的偏振性光的偏振性是判断光波是判断光波是是横波横波还是还是纵波纵波的的重要重要依据。依据。机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝偏振偏振: : 光波的振动方向对于传播方向的不对称性光波的振动方向对于传播方向的不对称性第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版一、自然光一、自然光 偏振光偏振光注意注意二

2、二互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的 .各光矢量间无固定的相位关系各光矢量间无固定的相位关系 .自然光：自然光：光矢量光矢量E在垂直于传播方向的平面内可以取在垂直于传播方向的平面内可以取任何方向任何方向, 且各个方向具有相同的平均值且各个方向具有相同的平均值,即分布是均即分布是均匀的匀的, 这样的光称为这样的光称为自然光。自然光。普通光源发出的光就是自然光。普通光源发出的光就是自然光。自然光的分解自然光的分解自然光自然光OzOz自然光的图示法自然光的图示法第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版3振动面振动面 偏

3、振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）符号表示符号表示vE E如果光矢量如果光矢量E只沿一个确定的方向振动，这种光称只沿一个确定的方向振动，这种光称为线偏振光，又称为平面偏振光。为线偏振光，又称为平面偏振光。第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版4 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之：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垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光光 .符号表示符号表示OzOz部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光部分偏振光可以看成是部分偏振光可以看成是自然光

4、自然光和和线偏振光线偏振光的的混合混合。第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版偏振度偏振度（degree of polarization） pnptpIIIIIP Ip 部分偏振光中包含的完全偏振光的强度部分偏振光中包含的完全偏振光的强度It 部分偏振光的总强度部分偏振光的总强度In 部分偏振光中包含的自然光的强度部分偏振光中包含的自然光的强度偏振光偏振光 （线偏振光）（线偏振光） P = 1自然光自然光 （ 非偏振光）非偏振光） P = 0部分偏振光部分偏振光 0 P 1 偏振度：偏振度：第十一章第十一章 光学光学

5、11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版二、偏振片二、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光振动：某些物质能吸收某一方向的光振动 , , 而只而只让与这个方向垂直的光振动通过让与这个方向垂直的光振动通过, , 这种性质称这种性质称二向色性二向色性 .1.偏振片偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件，只允许某一个方向的振动透过的光学元件，偏振片是偏振片是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 。一般有微晶。一般有微晶型和型和分子型分子型。透明玻璃片透明玻璃片涂有金鸡纳霜或碧硒涂有金鸡纳霜或碧

6、硒(电气石电气石)等材料的薄膜等材料的薄膜第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版偏振化方向偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，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通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向 .自然光自然光线偏振光线偏振光偏振化方向偏振化方向2.起偏起偏从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光起偏的原理：起偏的原理：利用某种光学的不对称性利用某种光学的不对称性起偏器：起偏器：起偏起偏的光学器件的光学器件第十一章第十一章 光学光学11-10

7、11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版3.3.检偏检偏用偏振器件检验光的偏振态用偏振器件检验光的偏振态I?P待检光待检光 若若 I 不变不变 ？是什么光是什么光 若若 I 变，有消光变，有消光 ？是什么光是什么光 若若 I 变，无消光变，无消光 ？是什么光是什么光思考思考 入射光可能是入射光可能是自然光自然光或或线偏线偏振光振光或由线偏振光与自然光混合或由线偏振光与自然光混合而成的而成的部分偏振光部分偏振光旋转旋转第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版9检偏器检偏器 检检 偏偏

8、起偏器起偏器第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版4.偏振片的用途偏振片的用途(a)作起偏器作起偏器I0I0/2(b)作检偏器作检偏器偏振光偏振光光强为零光强为零(消光消光)自然光自然光光强不变光强不变I0I0/2I0自然光自然光I0/2I0/2I0/2第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版(c) 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。的反射光。(d) 制成偏光眼镜，可观看立体电影。制成偏光眼镜，可观

9、看立体电影。(e) 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成与地面成45 角、且向同一方向倾斜的偏振角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼。 第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版P12I0P2自然光自然光I0E E/0E三、马吕斯定律三、马吕斯定律(Malus Law，1880年年)通过检偏器的光振动振幅通过检偏器的光振动振幅: cos0EE 22020cosEEII 20cosII 马吕斯定律马吕斯定律(8)讨论讨论:021,

10、/, 0IIPP 透射光最强透射光最强0,9021IPP 无光透出无光透出(消光消光)第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版例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, 一个用作检偏器当一个用作检偏器当它们偏振化方向间的夹角为它们偏振化方向间的夹角为30o 时时 , , 一束单色自然光穿一束单色自然光穿过它们过它们, , 出射光强为出射光强为I1； 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60o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 , , 出射光强为出射光强为I2,

11、 , 且且I1=I2. 求两束单色自然光的强度之比求两束单色自然光的强度之比 .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60cos2,30cos222022101IIII 3160cos30cos22201021 IIII第十一章第十一章 光学光学11-10 11-10 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律物理学物理学第五版第五版 在两块正交偏振片在两块正交偏振片p1,p3 之间插入另一块偏振片之间插入另一块偏振片p2 ，光强为光强为I0 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片p1 ，讨论转动，讨论转动p2 透透过过p3 的光强的光强I与转角的关系与转角的关系 .讨论讨论 20212cos2cosIII 3p1p0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II 第十一章第