新第五章5-6节.ppt

1、5.5 偏振棱镜和偏振片 马吕斯定律本节重点内容,尼科耳棱镜的结构特点及应用 渥拉斯顿棱镜的结构及分光特点 二向色性偏振片的工作原理及应用 马吕斯定律,获得线偏振光的方法 1.基于布儒斯特定律，利用光在玻璃上以布儒斯特角人射时所产生的反射光 2.从同一入射角入射在玻璃片堆上产生的透射光 3.利用透明的天然双折射晶体制成特殊的偏振棱镜(polarization prism)来产生线偏振光,应用： 汽车司机的眼镜：与水平斜成45偏振片对自然光减少一半光能。 车灯罩：偏振片透振方与水平斜45，则司机可看见自己车的灯光，而不会看见对面车的灯光，以致造成眩目。 立体电影原理： 人只有一只眼，物体的具体位

2、置难以确定。物体的位置要靠入射到人两只眼中的两条光线的交点才能确定，才能在眼中造成立体效果。,在拍立体电影时，两部机器同时拍，且镜头前装一次偏振片，这两块偏振片的透光方向相互垂直。 在观看时，也要戴两块偏振片眼镜，透光向也要相互垂直（水平、垂直）。 这样，人们观看电影时，仍是屏上物的两条光线入射到两只眼中，因而在人眼中造成立体效果。 如果是不用偏振片拍的，既使两机同时拍摄，但每只眼都能看到两束光照射时的物点，不能造成立体效果。,偏振棱镜产生线偏振光的元件可分为两类： 一类是只给出一个振动面为某一固定平面的线偏振光，如尼科耳棱镜，简称尼科耳(Nicol)； 另一类是能给出两个振动面互相垂直的线偏

3、振光的元件，如渥拉斯顿(Wollaston)棱镜，又称双像棱镜 此外，还可利用二向色性的偏振片产生线偏振光,尼科耳 (1768-1851)苏格兰物理学家1828年发明的。 尼科耳棱镜的构造 取一块长度约为宽度三倍的优质方解石晶体，将两端磨去约3，使其截面ABDC的角度由7l减至68，成为ABDC。 然后把晶体沿着垂直于ABDC及两端面的AD切开，将切开的面 磨成光学平面，,(1)尼科耳棱镜,5.5.1偏振棱镜,再以加拿大树胶粘合起来最后将四个侧面涂黑就成了一个尼科耳棱镜 光轴与两端面的夹角均为48；加拿大树胶对可见光透明，对钠黄光的折射率nD=1.55 就o光和e光而言，加拿大树胶相对于晶体分

4、别为疏介质和密介质 （no=1.6548nDne=1.4864） 。,例 一束钠黄光设到如图所示的尼科耳棱镜上。试计算此时能使o光在棱镜粘合面上发生全反射的最大入射角io以及棱镜外表面相应的角度SoMS,平面偏振光进入尼科耳棱镜时，若偏振面平行（垂直）于晶体的主截面，则将作为e（o）光全部透过（损耗掉）； 若偏振面与晶体的主截面夹角为，则只有其在主截面上的投影分量可以穿过棱镜，且透射光强度大小由马吕斯定律确定。,不足之处 a. 入射光锥角不能太大，否则透射光的偏振度降低； b. 加拿大树胶对紫外光不透明，不能用于紫外光； c. 透射光相对入射光产生平移，同轴性不好。,是尼科耳棱镜的一种改进形式

5、， 由两块直角棱镜胶合而成. 两直角棱镜的光轴均平行于棱镜端面，同时平行（或垂直）于入射面，两棱镜斜边之间以空气间隔代替加拿大树胶，,(2)格兰-傅科棱镜,棱镜角大于o光（但小于e光）临界角（=38.5o，ico=37.5o，ice=42.6o）， 既可使紫外光透过（透光波段 230nm5000nm）， 又可使o光和e光的临界角减小，从而使棱镜的长宽比减小。,格兰-傅科棱镜（负晶体）,两个直角棱镜的光轴同时平行于棱镜端面和入射面，两棱镜的斜边之间以亚麻油代替加拿大树胶，棱镜角大于o光（但小于e光）临界角，故出射光仍然是偏振面平行于入射面和晶体主截面的平面偏振光，并且出射光束相对入射光束不产生横

6、向平移。此外，可以根据对入射光束孔径角的不同需要而取不同长宽比。,格兰-汤普森棱镜,(3) 渥拉斯顿棱镜,结构：由两块光轴平行于各自端面且相互正交的直角棱镜胶合而成 用途：获得两束彼此分开且偏振面正交的平面偏振光 常用材料：方解石晶体（none） 两光束夹角：,说明 若用石英晶体做棱镜，则none，此时图中出射光束的偏振态互换。 渥拉斯顿棱镜的推广形式：洛匈棱镜，玻璃+方解石棱镜。,有些各向同性的介质，在受到外界作用时能产生各向异性，它对光的吸收本领随着光矢量的方向而改变我们把介质的这种性质称为二向色性,5.5.2 偏振片,现在广泛使用的人造偏振片就是利用二向色性获得线偏振光的它是把聚乙烯醇薄

7、膜在碘溶液里浸泡后，在比较高的温度下，沿一个方向拉伸34倍，然后再烘干而制成。 例如,电气石对o光有强烈吸收，对e光吸收很弱，用它可产生线偏振光：(晶体偏振器),但利用晶体二向色性获得的偏振光不够纯，强度也不大。 天然晶体偏振器尺寸不大，成本高偏振棱镜可得高质量的线偏振光。,如图523所示，碘聚乙烯醇分子沿着拉伸方向规则地排列起来，形成一条条导电的长链碘中具有的传导电子能够沿着长链方向ab运动，就仿佛这些链是细长的导线一样入射光波的电场沿着长链方向的分量驱动电子，对电子做功，因而该分量被强烈吸收；,单晶体二向色性偏振片：平行于光轴切割并加工成表面平行的电气石晶片 人造偏振片：如偏振片，一种经加

8、热、拉伸、浸碘处理的聚乙烯醇薄膜。 优点：面积可以做得很大，有效孔径几乎达180o，且工艺简单，成本低廉 缺点：对黄色自然光的透过率低，约为30%，因而略带墨绿色。,I0,I,马吕斯定律（1809）,消光,5.5.3 马吕斯定律,例5-1 用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们的偏振化方向成300角时，观测一光源，又在成600角时，观察同一位置处的另一光源，两次所得的强度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。,解 : 令I1和I2分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别为I1/2和I2 /2。按照马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为,所以,但按题意,即,应用马吕斯定律,例52 假定在两个静止的、理想的、正交的起偏器之间有另一个理想的起偏器以角速度旋转，试证透射光的强度满足下列关系式 其中I1是从第一个起偏器出射的光强度，I为最后出射的光强度。,解 如图所示，设Al为从第一个起偏器透射出的线偏振光的振幅，根据马吕斯定律，可得从第二个起偏器透射出的线偏振光的强度为最后出射的线偏振光的强度，可由马吕斯定律得,例5-3 设一水晶棱镜的顶角A为60，光轴与棱镜主截面垂直钠光以最小偏向角的方向在棱镜中折射，用焦距为0.5 m的透镜聚焦，no1544 25，ne1553 36，试求o光和e光两谱线的间隔为多