大学物理课件6光的偏振

1、在垂直于传播方向平面内，光矢量的振动状态（端点轨迹），称为光的偏振态; 振动方向与传播方向构成平面，称为振动面,一、偏振光（polarized light,光矢量端点轨迹随时间变化轨迹是确定 的，称为偏振光,1,1. 线偏振光（linearly polarized light,光矢量只沿一个固定方向振动，这种光 称为线偏振光，也称为平面偏振光,线偏振光可沿两个相 互垂直的方向分解,表示法,2,2. 圆偏振光（circularly polarized light,椭圆偏振光（ellipticly polarized light,3,为某个确定值的线偏振光的合成,右旋圆偏振光的合成,圆和椭圆偏振光

2、可看成是两束频率相同,传播方向一致,振动方向相互垂直,相位差,线偏振光则可以看成是两束频率相同,相位相同,振幅相同,传播方向亦相同的,左,相位差 /2或3 /2,和 2,4,二、 自然光（natural light,垂直的、等幅的、不相干的线偏振光,一束自然光可分解为两束振动方向相互,光矢量 取向是杂乱无章的、对于光的传播方向是对称分布的, 称为自然光,表示法,5,三、部分偏振光,表示法,部分偏振光可看成,自然光和线偏振光混合,部分偏振光可以分解如下,光矢量沿某一方向振动比其它方向占优势，称为部分偏振光,6,一、偏振片（ polaroid,原理：利用“二向色性”晶体制成,允许通过光振 动的方向

3、称为偏振 化方向，即透光轴,线偏振光的起偏,自然光 入射时,7,二、马吕斯定律（malus law,m:起偏器,n:检偏器,io 与 i 关系,马吕斯定律,透射光最大,透射光为零,8,三、线偏振光的检偏,若 i 不变,若 i 变 有消光,若 i 变 无消光,或由线偏振光与自然光混合而成的部,设入射光可能是,自然光或线偏振光,分偏振光,线偏,自然,部分,9,四、偏振片的应用,作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必 要的反射光,制成偏光眼镜，可观看立体电影,若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装 上偏振片，可以避免汽车会车时灯光 的晃眼,作为许多光学仪器中的起偏和检偏装 置,与地面成45角、且向同一方向倾斜,

4、怎样装,10,立体电影,11,一、反射起偏 布儒斯特定律,2当取某一入射角 i0 时，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光，折射光为部分偏振光。 i0 称为布儒斯特角（起偏角,反射光垂直入射面分量(s)比例大,折射光平行入射面分量(p)比例大,1自然光反射和折射后成为部分偏振光, 偏振化程度与入射角有关,12,布儒斯特定律,此时有：i0+r = 90o,二、折射起偏玻璃片堆,利用玻璃片堆使折射光趋近与p偏振光,用玻璃片堆能增强反射偏振光的强度,13,在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去掉反射光的干扰,有反射光干扰的橱窗,在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰,14,一、双折射现象,1. 双折射,2

5、.寻常（o）光和非寻常（e）光,o光 ：遵从折射定律,e光 ：一般不遵从折射定律,e光折射线也不一定在入射面内,一束光入射到各向异性介质时，折射光分成两束的现象,15,方解石,o,e,演示,以入射方向为 轴旋转方解石,双折射的两 束光振动方 向相互垂直,16,3. 晶体的光轴(optical axis of crystal,光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发,例如，方解石晶体（冰洲石,光轴是一个特殊的方向,一个光轴的晶体，如方解石,两个光轴的晶体，如云毋,由钝隅引出的与三个棱边成等角的方向就是光轴,该方向称为晶体的光轴,生双折射,于此方向的直线均为光轴,凡平行,单轴晶体,双轴晶体,17,4.

6、主平面（principal plane,10 o光振动垂直主平面，e光振动在主平面内,晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面叫该束光的主平面,晶体解理面的法线与晶体光轴构成的平面称为晶体的主截面,18,2o 通常o、e光主平面不重合，两者振动方向不垂直。当入射面与主截面重合时，两者主平面与主截面重合，振动方向垂直,5. 折射率(refractive index,光矢量垂直与光轴振动的光波折射率no、平行与光轴振动的光波折射率ne称为晶体的主折射率,单轴晶体中，o光折射率始终是no；e光的折射率介于no ne之间，当传播方向垂直于光轴方向时，折射率是ne,19,二、尼科耳棱镜（nicol pri

7、sm,制作,原理,全反射,20,一、偏振光干涉装置,二、偏振光干涉的分析,在p2 后,在p1 后,21,通过晶体c后的相位差是,再通过p2 后,明,单色光入射，d不均匀，则屏上为等厚条纹,暗,22,石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹,单色光入射，d不均匀，则屏上为等厚条纹,23,于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色,若白光入射，且晶片d 均匀,则：屏上由,若d不均匀，则屏上出现彩色条纹,硫酸钠晶片的色偏振图片,24,一、人工双折射,人为使各向同性介质转化造成各向异性介质，而产生双折射效应，称为人工双折射,1. 光弹效应（photoelastic effect,由于受力作用，使各向同性介质转化造成各

8、向异性介质，称为光弹效应,在一定应力范围内,k是比例系数,25,模型的光弹图象,钓钩的图象光弹,26,2. 电光效应（photoelastic effect,由于电场作用，使各向同性介质转化造成各向异性介质，称为电光效应,泡克尔斯效应,应用,可作为光开关（响应时间10-9s,用于高速摄影,激光通讯,光速测距等,27,二、旋光现象（roto-optical phenomena,1. 物质的旋光性（optical activity,除石英外，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的水溶液等也都具有旋光性,1811年，法国物理学家阿喇果（arago,其振动面能发生旋转,发现,线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时,这称

9、为旋光现象,a 旋光率,旋转的角度,28,旋光率 a 与旋光物质和入射波长有关,对于溶液，与浓度有关,可以有左旋体和右旋体,物质旋光性和物质原子排列结构有关的,2. 磁致旋光（magnetic opticity,一些物质在磁场作用下，也会产生旋光 现象，称为磁光效应,水、二硫化碳,食盐等,是磁致旋光物质,29,旋转的角度,v 费德尔常量,磁致旋光效应的应用,研究物质结构,测电流和磁场,磁光调制,30,1. 马吕斯,2.布儒斯特,3.双折射,31,例1,两个偏振片组成结构，在它们偏振化方,向成30o角时，观测一束自然光；又在60o角时，观测另一束自然光。两次测得透射光强度相同，求两束自然光强度,解,设两束自然光强度是i1、i2,透射光强度是,则,32,例2,求：透射光强,偏振片，透射光强为 ，若这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成 角,使自然光通过两个偏振化方向成 角,透射光强为,解,33,例3,令其通过旋转着的偏振片，若测得出射光的最大光强为 ，最小光强为 ，则混合光中偏振光和自然光的强度各为多少,一束混合光包含线偏振光