吉林省高三竞赛课件第15章光的偏振-(共36张)

1、 第15章（Polarization of light） (4)光的偏振1 第15章（Polarization of l高中新学期开学典礼校长致辞新学期开学典礼校长致辞大家好!金秋时节,丹桂飘香。我们齐聚太岳,又将开始新学年的征程。岁月不居,天道酬勤。刚刚过去的一年,是我们团结协作,开拓进取的一年,也是充满激情和喜悦的一年!我们坚持“每个学生都能成功”的教育理念,坚持“质量立校,管理固校,特色强校”的发展方向,成绩斐然:学生公寓被荆州市教育局评为沙市区教育系统唯一的“文明宿舍”;学校食堂被荆州市教育局评为沙市区教育系统唯一的“放心食堂”;xx 年的普通高考,我校高三学子再创佳绩,本科上线人数达

2、30人,其一类本科6人,上线率达86.67%,刷新了学校的历史记录;特别是xx届高三(4)班的李小倩同学被北京大学特招,极大地鼓舞了太岳人的志气、提升了学校的办学品位。现在,我提议太岳学的新、老同学们都能以感恩而又真诚的掌声向辛勤的老师们表示衷心的感谢和良好的祝愿。同时,我也提议我们的全体老师和太岳学的老同学们都能以热情的掌声向这学期走进太岳校园的马金菊等420名新同学和金婉等9名新教师表示热烈的欢迎。回顾上个学期,我们播种过希望、我们也有丰硕的成果。但也有些遗憾,我们还有一部分同学在学习上努力还不够,沒有15.1 光的偏振态 偏振研究光矢量在垂直于传播方向的平面内的振动状态(偏振态)。 最常

3、见的偏振光有五种:自然光、线偏振光、部分偏振光、*椭圆偏振光和圆偏振光。EH光的传播方向 光波是横(电磁)波。光波中光矢量(电场)的振动方向与光的传播方向垂直。2高中新学期开学典礼校长致辞新学期开学典礼校长致辞15.1 一.自然光 部分偏振光 线偏振光 自然光的表示法：用两个独立的(无确定相位关系)、相互垂直的等幅振动来表示。 圆点表示垂直于纸面的振动,短线表示平行于纸面的振动。 由于原子发光的间歇性和无规则性，使得 普通光源发出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取0360内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占有优势。具有上述特性的光，称为自然光。3一.自然光 部分偏振光 线偏振

4、光 自然光的完全偏振光(线偏振光、平面偏振光)的表示法： 将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移去得到的光，称为完全偏振光。 部分偏振光的表示法： 将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一部分移去得到的光，称为部分偏振光。 4完全偏振光(线偏振光、平面偏振光)的表示法： *二.椭圆偏振光和圆偏振光 如果光矢量的端点轨迹是一个椭圆，这 种光叫做椭圆偏振光。 如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫做圆偏振光。左旋j2-j1= -p/2xyxy右旋2-1=/25*二.椭圆偏振光和圆偏振光 15.2 偏振片 马吕斯定律一.偏振片的起偏和检偏 偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭头“ ”表示。偏振片自

5、然光Io线偏振光 偏振片的构造: 将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列并蒸镀在透明基片上,就制成偏振片。 偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振动而仅让与此方向垂直的光振动通过。 偏振片的 起偏：615.2 偏振片 马吕斯定律一.偏振片的起偏和检偏 偏振片的检偏： 光强无变化的是自然光; 若以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察 透过偏振片的光, 光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光;光强有变化,但最小值为零(消光)的是线偏振光。7偏振片的检偏： 光强无变化的是自然光; I=(Eocos)2 = Iocos2 EoIo= Eo2Eocos I=Iocos2 式中： 是入射线偏振光的光振动方向和偏振片

6、偏振化方向之间的夹角。 证明：二.马吕斯定律 强度为Io的线偏振光，透过检偏片后的光强(不考虑吸收)为8I=(Eocos)2 = Iocos2 EoIo= E解 由解得： =45(or 135)。自然光Io 例题15.2.1 自然光连续通过两个偏振片后，透射光强为入射光强的四分之一，求两个偏振片偏振化方向之间的夹角 。9解 由解得： =45(or 135)。自然光Io透射光强:可见最大透射光强为ABC自然光Io 例题15.2.2 强度为Io自然光连续通过三个偏振片A、B、C，AC，求最大透射光强。 解 设A、B偏振化方向间的夹角为, 有10透射光强:可见最大透射光强为ABC自然光Io 解 透射

7、光强: p2 p1 EA 例题15.2.3 两个偏振片的偏振化方向分 别为p1和p2，夹角为。入射线偏振光的光 矢量方向E与p2的夹角A(锐角)保持不变。现转动p1，但保持p1在E和 p2之间。求 等于何值时出射光强为极值。11 解 透射光强: p2 p1 EA 因A为锐角, 且 A, 显然 A -2 A所以 p2 p1 EA极值条件:由得显然此时I有极大值:12因A为锐角, 且 A, 显然 A -2 A所以 p2 解 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光强为I2，则透射光强即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。 例题15.2.4 一束光是自然光和线偏振光的混合。通过一偏振片后，

8、测得最大透射光强是最小透射光强的5倍，求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。13 解 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的 一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光： 在反射光中, 垂直振动多于平行振动; 在折射光中, 平行振动多于垂直振动。这里所说的“垂直”和“平行”是对 入射面而言的。n1n2一.由反射和折射获得偏振光i15.3 反射和折射时光的偏振 14 一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光： 实验证明, 此时入射角io和反射角r之和恰为90(反射光线折射光线)，即 io+r=90 二.布儒斯特定律n1n2rio 1812年，布儒斯特由实验证明：当入射角是某一个特定角io时, 反

9、射光成为只有垂直振动的线偏振光。 角io称为布儒斯特角(或起偏角)。15 实验证明, 此时入射角io和反射角r之和恰为所以：n1n2rioio+r=90布儒斯特定律16所以：n1n2rioio+r=90布儒斯特定布儒斯特角不同于全反射的临界角。 而全反射:入射角i i临都是全反射。由于故只有n1n2才会发生全反射。n1n2rio 当且仅当 时，反射光才是线偏振光。且n1n2或n1n2都可以。17布儒斯特角不同于全反射的临界角。 而全反射:入射n1n2(a)in1n2(b)ioion1n2(c)in1n2(d)io 例题15.3.1 画出下列图中的反射光和折射光。18n1n2(a)in1n2(b

10、)ioion1n2(c)in1n (2) 某透明媒质对空气全反射的临介角为45o , 则光从空气射向该媒质时的布儒斯特角为 。因 io+r =90o，所以折射角r =30o。又所以 io =tg-154.7o 例题15.3.2(1)平行光以60o的入射角由空 气射向一平板玻璃， 发现反射光是完全偏 振光, 则折射光的折射角为 。 玻璃的折射率为 。 30o19 (2) 某透明媒质对空气全反射的临介角为4515.4 光在晶体中的双折射 有些媒质(如玻璃、水等)，光沿各个方向的传播速度相同，称为光学各向同性媒质。 另一类媒质(如方解石、石英)等，光沿不同方向传播时速率不同，称为光学各向异性媒质。

11、一.双折射现象 晶体中的双折射现象方解石 光线进入光学各向异性媒质(如方解石)后产生两条折射光线的现象，称为双折射现象。2015.4 光在晶体中的双折射 有些媒质 二.o光和 e光 两条折射光线中有一条遵守通常的折射定律(n1sini =n2sinr ,折射光线在入射面内)，这条光线称为寻常光线(ordinary rays),简称o光。 另一条光线不遵守通常的折射定律, 它不一定在入射面内，这条光线称为非常光线(extraordinary rays)，简称e光。 晶体中的双折射现象方解石21 二.o光和 e光 晶体中的双折射现方解石oeoe方解石 (2)产生双折射的原因: o光和e光的传播速度

12、不同。 o光在晶体中各个方向的传播速度相同，折射率no=c/o=恒量。 e光在晶体中的传播速度e随方向变化，因而折射率ne=c/e是变量，随方向变化。 由于o光和e光的折射率不同，故产生双折射。(1)o光和e光都是线偏振光,振动方向相互垂直。22方解石oeoe方解石 (2)产生三.光轴 主截面 主平面 只有一个光轴的晶体,称为单轴晶体,如方解石、石英、红宝石等。有两个光轴的晶体称为双轴晶体,如云母、硫磺、蓝宝石等。 由光轴与该晶面的法线所组成的平面,叫做该晶体的主截面。102o方解石 光轴 在晶体内部存在的不发生双折射的方向，称为光轴。应该注意,光轴仅标志一定的方向,并不限于某一特殊的直线。

13、23三.光轴 主截面 主平面 只有一个光轴的 当光线在晶体的主截面内入射时, 主截面、o光和e光的主平面均重合。我们主要讨论这种情况。o光的光振动方向垂直于自己的主平面;e光的光振动方向平行于自己的主平面。 o光和e光的光振动方向是相互垂直的。no=1.658, ne=1.486方解石的主截面oe 某光线的传播方向和光轴方向所组成的平面叫做该光线的主平面。 24 当光线在晶体的主截面内入射时, 主截面、o光eooe 解 (1)如图所示。 (2) nosin45o=nesinre nesin45o=nosinro解得： re=52o , ro=39o于是 =52o-39o=13o 45o 例题1

14、5.4.1渥拉斯顿棱镜的截面由二块 锐角均为45o的直角方解石棱镜构成。棱镜 ABC的光轴平行于AB，而棱镜ADC的光轴垂直于图截面。(方解石: no=1.658,ne=1.486)。当自然光垂直AB入射时，问： (1)图中哪一条是o光, 哪一条是e光? (2) =？ ABCD25eooe 解 (1)如图所示。45o 四.惠更斯原理研究双折射现象 1. o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为球面。 e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面为旋转椭球面。 2. o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波面在光轴方向相切；实验表明，在垂直于光轴的方向上速度相差最大。 3.对负晶体(如方解石)，在

15、垂直于光轴的方向上, one ,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光的子波面(球面)。26 四.惠更斯原理研究双折射现象 1. o光在(1)光线斜入射，光轴与晶面斜交晶面方解石eeoo27(1)光线斜入射，光轴与晶面斜交晶面方解石ee(2)光线垂直入射，光轴与晶面平行晶面方解石ooee28(2)光线垂直入射，光轴与晶面平行晶面方解石ooee 五.尼科耳棱镜ACfg10278no =1.658n加=1.55ne =1.486ACMN方解石方解石加拿大树胶e光(振动方向平行于主截面)尼科耳棱镜的主截面7790224868光轴s22AMNC用途: 起偏、检偏29 五.尼科耳棱镜ACfg10278n

16、o =1.658A*15.5 偏振光的干涉和应用 (自学)sPCd光轴EEoEe 自然光通过双折射物质后，所产生的振动面相互正交的两束偏振光是不相干的。 但是一束单色偏振光通过双折射物质后，所产生的两束偏振光却可能是相干的。 一、波 片 30*15.5 偏振光的干涉和应用 (自学)sPCd光轴E 线偏振光射入晶片C后，将分成振动面互相垂直的o光和e光，并沿同一方向传播。 sPCd光轴EEoEeo光和e光通过晶片C所产生的位相差为如果Ee=Ecos ，Eo=Esin。31 线偏振光射入晶片C后，将分成振动面互相垂直的o光和e光即o光和e光的光程差为 这样的晶片称为四分之一波片。即o光和e光的光程

17、差为 如果这样的晶片称为二分之一波片。32即o光和e光的光程差为 这样的晶片称为四分之一波片。即o光和sPCd光轴EEoEe 如果晶片C是一个四分之一波片，通过晶片后o光和e光的位相差为 ，则这两束光合成后将成为椭圆偏振光。若此时=45，那么Ee=Eo，则这两束光合成后将成为圆偏振光。 如果晶片C是一个二分之一波片，透过晶片C是什么光？是线偏振光。33sPCd光轴EEoEe 如果晶片C是一个四分之一波片sEePdC光轴EEoQ二、偏振光的干涉 34sEePdC光轴EEoQ二、偏振光的干涉 34CCEEoE2eE2oEeQQsEePdC光轴EEoQo光和e光通过晶片C所产生的位相差为 由于振幅矢量E2e和E2o 的方向相反，所以除与晶片厚度有关的位相差 外，还有一附加的位相差。因此总的位相差为