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1、1 一、橫波的偏振性 振動面： 振動方向與 波的傳播方向構(gòu)成的平面。 偏振 : 在垂直于傳播方向的平面內(nèi) ,振動方向的不對 稱性。 光矢量 振動面 v 0 H E 24.1 光 的 偏 振 2 1、自然光 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各方向振動的光 矢量的分布各向均勻，振幅相等，稱為 自然光 。 E v v Ey Ex 各方向的光振動之間無固定的相位關(guān)系。 面對光的傳播方向觀察 自然光的表示法 一束自然光可分解為兩束 振動方向相互垂直的 、 等幅的 、 不相干的線偏振光 。 yx EE yx III 3 E 播 傳 方 向 振 動 面 2、 線偏振光（完全偏振光、平面偏振光） 在垂直于傳播方向
2、的平面內(nèi) ,光矢量始終沿某個 確定的方向振動 . 面對光的傳播方向觀察 (光振動平行板面 ) (光振動垂直板面 ) 線偏振光的表示法 . 4 部分偏振光的分解 部分偏振光 部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂 直的 、 不等幅的 、 不相干的線偏振光 。 部分偏振光的表示法： 平行板面的光振動較強 垂直板面的光振動較強 3、部分偏振光 可看作完全偏振光與自 然光的混合 . 在兩個相互垂直的方向 上振幅具有最大值和最小值 (不消光 ). 5 四、圓偏振光和橢圓偏振光 垂直于光傳播方向的任一截面內(nèi)，光振動矢量為 一旋轉(zhuǎn)矢量，端點運動軌跡是一個圓。 橫截面 傳播方向 6 橢圓偏振光由兩束同向傳播、振
3、動方向相互垂直、 振幅不等、具有恒定為項關(guān)系的線偏振光合成，根 據(jù)旋轉(zhuǎn)方向，可左旋和右旋。 端點運動軌跡是一個 橢圓。 橫截面 傳播方向 7 右旋圓 偏振光 右旋橢圓 偏振光 y y x z 傳播方向 /2 x 某時刻右旋圓偏振光 E隨 z的變化 E 0 8 起偏的原理：某些材料在光學性質(zhì)上的各向異 性 ,利用介質(zhì)吸收引起光的偏振 。 起偏：從自然光獲得偏振光 。 起偏器 : 起偏的光學器件。 一、起偏和檢偏 24.2 起偏和檢偏 馬呂斯定律 二向色性：某些晶體對振動垂直的 兩個分振動有不同 吸收的性質(zhì)。 利用晶體的二向色性可以從自然光中獲得線偏振光。 利用晶體的這種性質(zhì) （二向色性） 可以制
4、作 偏振片 。 9 02 1 II 偏振片的起偏 自然光 I0 線偏振光 I P 偏振化方向 (透振方向 ) 檢偏：用偏振器件分析、檢驗光的偏振態(tài) 10 .起偏和檢偏 自然光 I0 線偏振光 I 偏振化方向 021 II ?I 線偏振光 I 起偏器 檢偏器 最亮 自然光 I0 線偏振光 I 02 1 II 021 II 自然光 I0 線偏振光 I 02 1 II 0I 最暗 11 四、偏振片的應(yīng)用 汽車夜間行車時為避免對方汽車燈光晃眼以保證 行駛安全，可以在所有汽車的車窗玻璃和車燈前裝上 與水平方向成 角，而且向同一方向傾斜的偏振 片。 偏振片可用于制成太陽鏡和照相 機的濾光鏡。觀看立體電影的
5、眼鏡片 是由兩個偏振化方向互相垂直的偏振 片組成。 12 關(guān)于偏振光 通過檢偏器后 強度變化的定量規(guī)律。 c o s001 EE 0E 01E02E 偏振化方向 0ma x0 III ， 023 2 I ， 消光 (1) 當 討論 (2) 當 二、馬呂斯定律 P I 0 I , 2 0 0 EI 2 2 0 2 cos EEI 20 c osII 13 例 1: 已知自然光通過兩 個偏振化方向相交 60 的偏振片，透射光強為 I1，今在這兩偏振片間 再插入一與前兩個偏振 化方向均夾 30 角的偏 振片，則透射光強為多 少？ 解： IIII 4 160c osc os 22 1 14 II oI
6、 2 oII 1I 1212 330c o s430c o s IIII 4 3330c os 1 2 III 14 9 I oI I I I 14 例 2： 一束光由自然光和線偏振光混合組成，當它通過 一偏振片時，發(fā)現(xiàn)透射光的強度隨偏振片的轉(zhuǎn)動可以變 化到五倍。求入射光中自然光和線偏振光的強度各占入 射光強度的幾分之幾？ 解： 設(shè)入射光強度 I0 = I10(自然光強度 )+I20(線偏振光強度 ) 通過偏振片后： 220101 c o s21 III ; 2 1 2010m a x III 10m i n 2 1 II m i nm a x 5 II 1020 2 II 3 110 oI
7、I 3 220 oI I 15 例 3 用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器 。 在 它們的偏振化方向成 300角時 ， 觀測一光源 ， 又在成 600角時 ， 觀察同一位置處的另一光源 ， 兩次所得的 強度相等 。 求兩光源照到起偏器上光強之比 。 解： 令 I1和 I2分別為兩光源照到起偏器上的光強。透 過起偏器后，光的強度分別為 I1/2和 I2 /2。根據(jù)馬呂斯 定律，透過檢偏器后光的強度為 2 22 1 c os 60 2II 2 11 1 c os 30 2 II 但按題意 21 II 所以 60co s30co s 2221 II 即 2 1 2 2 c o s 6 0 1 c
8、o s 3 0 3 I I 16 例 4.光強的調(diào)制 。 (教材 P74 例 24.1 偏振片組合 ) 在透振方向正交的起偏器 M和檢偏器 N之間，插 入一片以角速度 旋轉(zhuǎn)的理想偏振片 P，入射自然光 強為 I0， 試求由系統(tǒng)出射的光強是多少？ M NP t P N M 解 : 通過 M: 01 2 1 II 通過 P: )2(c o s 212 tII 通過 N: tII 2 23 c o s 17 每旋轉(zhuǎn)偏振片 P一周，輸出光強有“四明四零”。 t=450,1350,2250,3150時， 輸出光強為 。 8/ 0I t=00,900,1800,2700時， 輸出光強為零 。 )4c o
9、s1)(16/(2s i n 8 1 c o ss i n)2/ 0 2 0 22 0 tItI ttII （ 出 即 : ttI ttItII 22 0 22 1 2 23 c o ss i n2/ c o ss i nc o s 18 一 .反射和折射產(chǎn)生的偏振 自然光反射和折射后均 為部分偏振光 2n 1n i i 二 . 布儒斯特定律 線偏振光 bi bi ib 布儒斯特角 或 起偏振角 . 當 ib+=90o 時 ， 反射光為線偏振光 . bb innin coss i ns i n 221 1 2ta n n ni b 很小反I 1. 定律 1n 2n 24.3 反射和折射時光的偏
10、振 19 外腔式激光器諧振腔 布儒斯特窗 i 0 i0 激光輸出 M1 M2 i0 i0 應(yīng)用舉例 空氣 玻璃 玻璃 空氣 1 1 1.50 tg 56 18 1.00 1.00 tg 33 42 1.50 B B i i 互余 例如 n1 =1.00(空氣 )， n2 =1.50(玻璃 )， 則 20 用以增大反射光的強度和折射光的偏振化程度 當 i =i0時，反射光強度 I和入射光的強度 I0 之比為 )(s i n 2 1 0 2 0 ri I I 自然光從空氣 玻璃 %7 0 I I i0 (接近線偏振光 ) 玻璃片堆 2. 玻璃片堆起偏和檢偏 21 玻璃片堆 檢偏 若反射光光強不變則
11、入射光是 自然光 若反射光光強變且有消光則入 射光是線偏振光 i0 若反射光光強變且無消光則入 射光是部分偏振光 讓待檢光以布儒斯特角 入射到界面上，以入射 線為軸旋轉(zhuǎn)界面（保持 不變） 0i 0ii (接近線偏振光 ) 22 例：已知某材料在空氣中的布儒斯特角 求它 的折射率？若將它放在水中（水的折射率 1.33），求 布儒斯特角？該材料對水的相對折射率是多少？ 058pi 解： 設(shè)該材料的折射率為 n ，空氣的折射率為 1 6.1599.158t a n,1t a n 0 nni p 放在水中，則對應(yīng)有 2.1 33.1 6.1t a n 水n ni p 0 3.50pi 所以 ： 該材料
12、對水的相對折射率為 1.2 23 2i 由圖可知 13.133.1 5.1t an 2 3 2 n ni 22 301156362648 )90( iii 解 :由布儒斯特定律 i 例題： 如圖所示 ， 自然光由空氣入射到折射率為 的水面上 ， 入射角為 i 時使反射光為完全偏振光 。 今有一 塊玻璃浸入水中 ， 其折 射率為 ， 若光 由玻璃面反射也成為完 全偏振光 ， 求水面與玻 璃之間的夾角 a. 33.12 n 5.13 n 33.1t a n 1 2 n ni 453 i 2 2648 i 24 24.4 由散射引起的光的偏振 光的散射 ：光射到一個微粒或分子上，就會使其 中的電子在
13、光束內(nèi)的電場矢量的作用下振動。振 動中的電子會向其周圍四面八方發(fā)射同頻率的電 磁波，即光。 這種現(xiàn)象叫光的散射。 光的散射也會引起光的偏振。分子 中電子振動時發(fā)出的光是偏振的。 e 振動方向 光振動的方向總垂直于光線的方向， 并和電子振動方向在同一平面。但 是，各方向的光的強度不同：垂直 于 電子振動方向最強，沿電子振動 方向強度為零。 25 自然光 線 偏 振 光 部分偏振光 Z e 電子振 動方向 X Y 眼睛 自然光沿 X軸入射 ， 引 起電子在 Y和 Z方向的振 動而發(fā)生光的散射 。 沿 Y軸看去，電子 Z方向振動的光強 零，而沿 Y方向振 動的光強最大，所 以沿 Z向看去，只 有電子
14、沿 Y向振動 的線偏振光。 同理，沿 Y向看去，只有電子沿 Z向振動的線偏振光。 26 方解石 s 1R 2R 一束光入射到各向異性的介質(zhì) 后出現(xiàn)兩束折射光線的現(xiàn)象。 1. 雙折射現(xiàn)象 2. 兩束折射光的特性 (1)尋常光和非尋常光 o 光 e 光 i o e 1n一束折射光始終在入射面內(nèi)，并 遵從折射定律，稱為 尋常光 ，簡 稱 o 光 (ordinary rays) 2n * 24.5 光的雙折射 27 另一束折射光一般不在折射面內(nèi)，不遵從折射定律， 稱為 非常光 ，簡稱 e光 (extraordinary rays). (2)兩束折射光是光矢量振動方向不同的線偏振光 . (3)晶體的光軸
15、 78o 102o 78o 102o 光軸 當光在晶體內(nèi)沿一個特殊方向 傳播時不發(fā)生雙 折射 ， 該方向稱為晶體的光軸 。 光軸是一特殊的方向 ,凡平行于此 方向的直線均為光軸 。 單軸晶體：只有一個光軸的晶體 雙軸晶體 : 有兩個光軸的晶體 28 光軸 vet vot 光軸 (4)單軸晶體的子波波陣面 光的雙折射實質(zhì)上是由于光在晶體中的傳播速 率與光的傳播方向和光的偏振狀態(tài)有關(guān)。 o光 沿不同方向的傳播速率相同，其波面是球面 . e光 沿不同方向的傳播速率不相同，其波面是以 光軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球面 . 29 光 光 當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時 o光不動， e光圍繞 o光旋轉(zhuǎn) 雙 折 射 紙面 方解石
16、晶體 30 光 光 雙 折 射 當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時 o光不動， e光圍繞 o光旋轉(zhuǎn) 紙面 方解石 晶體 31 光 光 當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時 o光不動， e光圍繞 o光旋轉(zhuǎn) 雙 折 射 紙面 方解石 晶體 32 光 光 當方解石晶體旋轉(zhuǎn)時 o光不動， e光圍繞 o光旋轉(zhuǎn) 雙 折 射 紙面 方解石 晶體 33 利用晶體的二向色性 ， 可制作偏振片 ,獲得 線偏振光 。 光軸 e光 電氣石 光軸 某些晶體對 o光和 e光的吸收有很大差異，這叫晶 體的二向色性。 晶體的二向色性和偏振片 34 線偏振光通過某些透明物質(zhì)時 ， 線偏振光的 振動面將旋轉(zhuǎn)一定的角度 ， 這種現(xiàn)象稱為 振動面 的旋轉(zhuǎn) ， 也稱
17、旋光現(xiàn)象 。 未放置 C， P2后視場黑暗 , 放置 C后 ， 旋轉(zhuǎn) P2一定角度 ， 視場又變黑暗 . 24.6 旋光現(xiàn)象 . . C S 1P 2P 旋光物體 l 旋光物質(zhì)光軸 35 1、 不同的旋光物質(zhì)可以使線偏振光的振動面 向不同方向旋轉(zhuǎn) 。 右旋物質(zhì) . 左旋物質(zhì) . 2、 振動面的旋轉(zhuǎn)角 與波長有關(guān) ， 波長給定則與旋光物質(zhì)的厚度 l有關(guān) 。 3、 偏振光通過糖溶液 、 松節(jié)油時 ， 振動面的旋轉(zhuǎn)角 cd 旋光物質(zhì)的濃度c = l 稱石英晶體的旋光率 36 光 軸 光 軸 Si Si Si O 右 旋 形 石 英 晶 體 及 原 子 排 列 左 旋 形 石 英 晶 體 及 原 子 排 列 Si Si Si O 37 作業(yè) :P90 1; 2; 3; 4; 8.
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