第14章-波动光学

1、MNUSTSHISHI CHINA波动光学波动光学大学物理学大学物理学闽南理工学院闽南理工学院2012ZXChen第十四章第十四章 光具有波动性，会产生干涉、衍射和偏振等现象。光具有波动性，会产生干涉、衍射和偏振等现象。14-1 14-1 相干光相干光一一 光的相干性光的相干性光光, 作为一种电磁波，作为一种电磁波， 矢量称为矢量称为光矢量光矢量。 E 频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定。频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定。两束光相干的两束光相干的必要条件：必要条件：两相干光在空间相遇，就会产生干涉现象。两相干光在空间相遇，就会产生干涉现象。产生相干光的光源，称为产生相干光

2、的光源，称为相干光源相干光源。光矢量满足相干条件的两束光，称为光矢量满足相干条件的两束光，称为相干光相干光。 传统的做法是，将一束光分为两束，再使它们相遇，传统的做法是，将一束光分为两束，再使它们相遇，这两束光满足相干条件，是相干光。这两束光满足相干条件，是相干光。 二二 相干光的获取相干光的获取1. 分振幅法分振幅法 利用反射或折射方法将一束光分成两束，再使它们相利用反射或折射方法将一束光分成两束，再使它们相遇而产生干涉现象的方法，如薄膜干涉。遇而产生干涉现象的方法，如薄膜干涉。 如图，如图，I1 、I2 就是用分就是用分振幅法将入射光振幅法将入射光 I 分成的两分成的两束反射光，它们来自同

3、一束束反射光，它们来自同一束光，为相干光。光，为相干光。I1I2I 对一般光源而言，两个光源发出的光，甚至一个光源对一般光源而言，两个光源发出的光，甚至一个光源不同部分发出的光，都难以满足相干条件。不同部分发出的光，都难以满足相干条件。2. 分波阵面法分波阵面法 在一束光的同一波阵在一束光的同一波阵面上，分割出两个面元作面上，分割出两个面元作为相干光源；它们发出的为相干光源；它们发出的光就是用分波阵面法获得光就是用分波阵面法获得的相干光，如杨氏双缝干的相干光，如杨氏双缝干涉。涉。 垂直入射的单色垂直入射的单色光，通过单缝光，通过单缝 S 照射照射在与在与S 对称的两狭缝对称的两狭缝 S1和和

4、S2上。上。14-2 14-2 杨氏双缝杨氏双缝 光程光程 劳埃德镜劳埃德镜xooBd2r dd1s1rd 2ss一一 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验 由由S1和和S2发出的光来自同一光源发出的光来自同一光源S，满足相干条件；，满足相干条件；它们在空间相遇时将会产生干涉现象，即在屏幕上出现明它们在空间相遇时将会产生干涉现象，即在屏幕上出现明暗相间的干涉条纹。暗相间的干涉条纹。杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验oI光强光强分布分布 B点对双缝中心与轴点对双缝中心与轴线的夹角为线的夹角为明暗条纹的条件：明暗条纹的条件： 设设S1、S2间的距离为间的距离为d，双缝与屏间的距离为，双缝与屏间的距离为d

5、，且，且dd；B为屏幕上任意一点，为屏幕上任意一点，B点到点到S1和和S2的距离分别的距离分别为为r1和和r2；O与与O分别为双缝和屏幕的中心，分别为双缝和屏幕的中心，B点到屏幕点到屏幕中心的距离为中心的距离为x 。xooBd2r ddr1s1rd 2s S1、S2发出的光到达发出的光到达B点的波程差为点的波程差为 21rrr dd21sinrrrd 由干涉加强的条件可知，当波程差为波长整数倍时，由干涉加强的条件可知，当波程差为波长整数倍时，干涉加强，则当干涉加强，则当sin,0,1,2dkk B点为明条纹；点为明条纹；上式表明，干涉条纹在屏上相对上式表明，干涉条纹在屏上相对O点对称分布，点对

6、称分布，k 为条纹为条纹的级次；的级次； 中央中央(零级零级)明条纹明条纹 0,0,0rk O点点:相应称为第一级明条纹、第二级明条纹、相应称为第一级明条纹、第二级明条纹、。1,2,k 的各级次明条纹对称分布在的各级次明条纹对称分布在O点两侧，点两侧，xooBd2r ddr1s1rd 2s则明条纹的条件为则明条纹的条件为,0,1,2xdkkd 解得明条纹的位置解得明条纹的位置,0,1,2dxkkd 通常通常, 角角很小很小sintanxd故故白光照明时，屏幕上会出现彩色条纹白光照明时，屏幕上会出现彩色条纹 色散现象。色散现象。同一级条纹中，紫光靠内侧，红光在外侧。同一级条纹中，紫光靠内侧，红光

7、在外侧。sin,0,1,2dkk 若波程差若波程差r 为半波长的奇数倍，干涉减弱，为半波长的奇数倍，干涉减弱，B点为暗点为暗条纹，即条纹，即 (21),1,2,2xrdkkd 暗条纹的位置暗条纹的位置 (21),1,2,2dxkkd 相应称为第一级暗条纹、第二级暗条纹、相应称为第一级暗条纹、第二级暗条纹、。1,2,k 的各级暗条纹对称分布在的各级暗条纹对称分布在O点两侧，点两侧， 根据条纹的位置，可求出相邻明条纹或相邻暗条纹间根据条纹的位置，可求出相邻明条纹或相邻暗条纹间的距离，即暗条纹或明条纹的宽度的距离，即暗条纹或明条纹的宽度1kkxxx 计算计算dxd 得得1）与波长与波长的关系：的关系

8、：装置一定时，装置一定时， x 与与成正比成正比。2）与狭缝间距与狭缝间距d 的关系：的关系：dxd 讨论：讨论： 、d 一定时，一定时， x 与与d 成反比成反比。3）与双缝到屏幕的间距与双缝到屏幕的间距d 的关系：的关系：、d 一定时，一定时， x 与与d 成正比成正比。屏幕移近，条纹变窄密；屏幕移远，条纹变宽疏；屏幕移近，条纹变窄密；屏幕移远，条纹变宽疏；有色散现象，红条纹间距大，紫条纹间距小。有色散现象，红条纹间距大，紫条纹间距小。缝距增大，条纹变窄密；缝距减小，条纹变宽疏；缝距增大，条纹变窄密；缝距减小，条纹变宽疏；条纹间距条纹间距 例例1（P.186） 以单色光照射间距为以单色光照

9、射间距为0.2mm的双缝上，的双缝上，双缝与屏幕的距离为双缝与屏幕的距离为10m。 1) 若屏上第若屏上第1级明纹与同侧第级明纹与同侧第4级明纹间距为级明纹间距为75mm，求光的波长；求光的波长； 2) 若入射光的波长为若入射光的波长为600nm，求相邻两暗纹的距离。，求相邻两暗纹的距离。 解：解：1）第第 k 级明条纹的位置级明条纹的位置 ,0,1,2dxkkd 则第则第 4 级与第级与第 1 级明条纹的距离级明条纹的距离1 44141dxxxkkd661 490.2 1075 10500nm33 10 10d xd2）相邻两暗条纹间的距离为相邻两暗条纹间的距离为93310 600 1030

10、 10 m0.2 10dxd 二二 光程和光程差光程和光程差 杨氏双缝干涉的两束光是在同一种介质中传播的，两杨氏双缝干涉的两束光是在同一种介质中传播的，两相干光到达相遇点的相干光到达相遇点的波程差波程差就是它们的就是它们的几何路程差几何路程差 2r可计算出两相干光在相遇点的相位差可计算出两相干光在相遇点的相位差 。 由由 当两相干光分别通过不同介质时，由于同一频率的光当两相干光分别通过不同介质时，由于同一频率的光在不同介质中的传播速度不同，则它们在不同介质中的波在不同介质中的传播速度不同，则它们在不同介质中的波长不同，因此两相干光的相位差不能再用几何路程差计算长不同，因此两相干光的相位差不能再

11、用几何路程差计算了，需要引入新的概念了，需要引入新的概念光程差光程差。1. 光程光程设光的频率为设光的频率为, ,真空中光速为真空中光速为c ，波长为，波长为；在折射率为在折射率为n的介质中，光速为的介质中，光速为v，波长为，波长为n； ,nccnvv11nccnnnv 光在折射率为光在折射率为n 的介质中的波长是真空中波长的的介质中的波长是真空中波长的1n由由可得可得 设光在折射率为设光在折射率为n（光速为（光速为v）的）的介质中介质中经过几何路经过几何路程为程为L 所需时间所需时间 Lt v在同一段时间在同一段时间 t 内，光在内，光在真空中真空中所经过的路程所经过的路程Lcc tcLnL

12、 vv即光在介质中经过的几何路程为即光在介质中经过的几何路程为L时，相当于相同时间内时，相当于相同时间内在真空中经过了在真空中经过了nL 的路程；的路程；nL称为称为光程光程。 一般有多种介质时一般有多种介质时, 光程光程iiin L 光在介质中的路程折算到真空中的光程，条件是相同光在介质中的路程折算到真空中的光程，条件是相同时间。对一般介质而言，光的频率不变，相同时间也就是时间。对一般介质而言，光的频率不变，相同时间也就是相位改变相同。相位改变相同。设光在介质中的几何路程为设光在介质中的几何路程为L，则相位的改变，则相位的改变2. 光程差光程差22nLnL 从同一点发出的两束相干光从同一点发

13、出的两束相干光, 分别经过折射率为分别经过折射率为 n1和和n2 的介质，几何路程分别为的介质，几何路程分别为r1和和r2，其光程差，其光程差两束光的相位差两束光的相位差22 21 1n rn r ,0,1,2,kk 当当2 ,0,1,2,kk 干涉加强干涉加强 (21),1,2,2kk 当当(21) ,1,2,kk 干涉减弱干涉减弱 注：注：使用透镜可改变光线的传播方向，但不会引使用透镜可改变光线的传播方向，但不会引起附加的光程差起附加的光程差FFF 例：例：如图双缝，已知入射光波长为如图双缝，已知入射光波长为，将折射率为，将折射率为 n 的劈尖缓慢插入光线的劈尖缓慢插入光线 2 中中 ，在

14、劈尖移动过程中，问：，在劈尖移动过程中，问：1s2s1r2ro解：解：1）干涉条纹间距干涉条纹间距dxd 不变不变1）干涉条纹间距是否变化；干涉条纹间距是否变化；2）条纹如何移动。条纹如何移动。2）无劈尖时，无劈尖时， 中央明纹位于中央明纹位于O点；点；12()0rrene有劈尖时，设光路处劈尖厚度为有劈尖时，设光路处劈尖厚度为e ，零级条纹位于，零级条纹位于O处，处，两光路长度分别为两光路长度分别为r1和和r2，其光程差，其光程差12(1)0rrne可得可得所以，所以， O 位于位于 O 点下方，即条纹下移。点下方，即条纹下移。O 例例2 (P.188) 在杨氏双缝实验中，用波长在杨氏双缝实

15、验中，用波长=550nm， 的单色光垂直照射在双缝上。若用一折射率的单色光垂直照射在双缝上。若用一折射率n =1.58、厚、厚度度e = 6.610-6m 的云母片覆盖在上方的狭缝上，问的云母片覆盖在上方的狭缝上，问:1）屏上干涉条纹有什么变化？屏上干涉条纹有什么变化？2）O 点现在是明纹还是暗纹。点现在是明纹还是暗纹。 解：解： 1) 由上例知，条纹上移由上例知，条纹上移1221()(1)()renernerr 2) S1、S2至至O点的光程差点的光程差1s2se001r2rn1r2r即即66(1)1.58 16.6 103.83 10 mne 取取 k=7，即，即O点处现为第点处现为第 7

16、 级明条纹。级明条纹。693.83 106.96550 10k明纹级明纹级三三 劳埃德镜劳埃德镜实验原理与杨氏双缝实验类似实验原理与杨氏双缝实验类似 1sPM2s S1、S2构成相干光源，相当于杨氏双缝。在阴影构成相干光源，相当于杨氏双缝。在阴影区域内，两相干光相遇叠加，屏幕区域内，两相干光相遇叠加，屏幕P上可观察到等间上可观察到等间距的明、暗相间的干涉条纹。距的明、暗相间的干涉条纹。 1sPM2s 若将屏幕移到与镜面若将屏幕移到与镜面接触的接触的P 处，则由处，则由S1、S2发出的光到接触点发出的光到接触点L的光的光程相等，程相等，L应为明纹；实应为明纹；实验中，在接触点验中，在接触点L出现

17、的出现的是暗纹是暗纹 这一结果表明，直接射到屏幕上的光与由镜面反这一结果表明，直接射到屏幕上的光与由镜面反射的光在射的光在L处的相位相反，即相位差为处的相位相反，即相位差为。入射光的相。入射光的相位不会发生变化，所以只能是由空气射向玻璃的反射位不会发生变化，所以只能是由空气射向玻璃的反射光的相位跃变了光的相位跃变了 ；相位差；相位差 ，对应光程差了半个波长，对应光程差了半个波长，故称为故称为半波损失半波损失。 PL 半波损失半波损失 ：光由光由光疏介质光疏介质入射到入射到光密介光密介质，质，在分界面处产生反射时，反射光对入射在分界面处产生反射时，反射光对入射光的相位跃变了光的相位跃变了 ，相当

18、于反射光与入射光之，相当于反射光与入射光之间附加（增加或减少）了半个波长的光程差，间附加（增加或减少）了半个波长的光程差，称为半波损失。称为半波损失。 劳埃德镜实验不仅显示了干涉现象，而劳埃德镜实验不仅显示了干涉现象，而且显示了光的半波损失现象。且显示了光的半波损失现象。 14-3 14-3 薄膜干涉薄膜干涉 光束照射透明的薄膜时，在膜的上下表面都会产生反光束照射透明的薄膜时，在膜的上下表面都会产生反射。两反射光束来自同一束入射光射。两反射光束来自同一束入射光, 相遇时会产生干涉现相遇时会产生干涉现象，称为象，称为薄膜干涉薄膜干涉。如油膜、肥皂泡的干涉，照相机镜头。如油膜、肥皂泡的干涉，照相机

19、镜头和眼镜片和眼镜片镀膜层镀膜层的干涉等都属于薄膜干涉。的干涉等都属于薄膜干涉。 一一 薄膜干涉的光程差薄膜干涉的光程差S123L1n2n1niirdPACBDr 折射率为折射率为n2，厚度为，厚度为 d 的的均匀薄膜放入折射率为均匀薄膜放入折射率为 n1的介的介质中（质中（n2n1）；单色光）；单色光1以入以入射角射角i入射到膜上表面的入射到膜上表面的A点。点。 光光2 和光和光3 是光是光1 由薄膜上由薄膜上下表面反射的光束，它们经过下表面反射的光束，它们经过不同的路径在不同的路径在P点相遇。点相遇。 在在P点处两光矢量的振动具点处两光矢量的振动具有恒定的相位差。有恒定的相位差。 光光2

20、2和光和光3 3的光程差的光程差( (AP) ) 1n AD光光2在在n1介质中的光程为介质中的光程为 光光3在在n2介质中的光程为介质中的光程为2()nABBCCD AD，则，则CP和和DP等光程等光程 光光2由光疏介质入射到光密介质界面反射时光有由光疏介质入射到光密介质界面反射时光有半波半波损失损失；则光；则光2和光和光3的光程差的光程差S123L1n2n1niirdPACBDr212nABBCn AD 212nACCBn AD sin2tansinADACidricosdABBCr其中其中212sin sincos2dnnrir 得得将折射定律将折射定律12sinsinninr与上式联列

21、可得与上式联列可得或或 2221 sincos2n drr 22cos2n dr 2221 sin2n dr 222212sin2dnni 或或 即即 S123L1n2n1niirdPACBDrn1n3n2则薄膜干涉明暗条纹的条件为则薄膜干涉明暗条纹的条件为薄膜干涉中是否存在半波损失，必须分析具体情况。薄膜干涉中是否存在半波损失，必须分析具体情况。如图示例，在玻璃片表面镀膜，置于大气中。如图示例，在玻璃片表面镀膜，置于大气中。若若 n1n2时，各级衍射条纹都密集于中央明条纹附近时，各级衍射条纹都密集于中央明条纹附近而无法分辨，只显出单一的亮纹，实际上就是单缝的像，而无法分辨，只显出单一的亮纹，

22、实际上就是单缝的像，这时认为光是沿直线传播的；这时认为光是沿直线传播的； lbf6) 单缝衍射的单缝衍射的色散色散现象现象sinkb 例例1（P.209）单色平行光垂直入射单缝，其衍射第单色平行光垂直入射单缝，其衍射第三级明纹位置恰好与波长为三级明纹位置恰好与波长为600nm的单色光垂直入射该的单色光垂直入射该缝时衍射的第二级位置重合，试求该单色光的波长。缝时衍射的第二级位置重合，试求该单色光的波长。解：解：明条纹明条纹 sin(21)2bk依题意依题意 11sin(21)2bk22sin(21)2bk解得解得21212121kk即即1221600429 nm231 例例. 用波长用波长500

23、nm的单色光垂直照射到宽为的单色光垂直照射到宽为0.25mm的的单缝上。在单缝后放置一透镜用以观察衍射条纹，屏放在单缝上。在单缝后放置一透镜用以观察衍射条纹，屏放在透镜的焦距透镜的焦距f = 25cm处。处。求：求： 1) 屏上第一级暗条纹与中心的距离；屏上第一级暗条纹与中心的距离； 2) 中央明条纹的宽度；中央明条纹的宽度； 3) 其它各级明条纹的宽度。其它各级明条纹的宽度。解：解：1) 第一级暗条纹与中心的距离第一级暗条纹与中心的距离71125 500 10cm0.05cm0.25 10 xfb2) 中央明条纹的宽度中央明条纹的宽度01220.1cmlxfb0.05cmlxfb 3) 其它

24、各级明条纹的宽度其它各级明条纹的宽度14-8 14-8 衍射光栅衍射光栅 利用单缝衍射可以测量光的波长，但不够精确。利用利用单缝衍射可以测量光的波长，但不够精确。利用衍射光栅可以获得既窄又明亮，而且分的很开的明条纹，衍射光栅可以获得既窄又明亮，而且分的很开的明条纹，能够精确的测定光的波长。能够精确的测定光的波长。 一一 光栅光栅 光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝所组成的精光栅是由大量等宽、等间距的平行狭缝所组成的精密光学元件。密光学元件。 设不透光的刻痕宽度为设不透光的刻痕宽度为b，可透光的缝宽度为，可透光的缝宽度为b，则，则()dbb 光栅相邻两缝间距，光栅相邻两缝间距，称为称为光栅常数光

25、栅常数 bb 透射光栅透射光栅透光缝宽度透光缝宽度 b 遮光部分宽度遮光部分宽度 b 光栅常数光栅常数 单色平行光垂直照射到光栅上时，每一狭缝都会产单色平行光垂直照射到光栅上时，每一狭缝都会产生衍射，缝与缝间的透射光生衍射，缝与缝间的透射光又会产生干涉。因此光栅衍又会产生干涉。因此光栅衍射图样是单缝衍射和多缝干射图样是单缝衍射和多缝干涉的总合效果。实验表明，涉的总合效果。实验表明，随着狭缝的增多，明条纹随着狭缝的增多，明条纹的亮度将增大，条纹变细的亮度将增大，条纹变细锐，位置更精确。锐，位置更精确。 通常通常1cm内有成千上万条透光狭缝。若内有成千上万条透光狭缝。若1cm内有内有1000条刻痕

26、，则光栅常数条刻痕，则光栅常数251 101 10m1000dbb 一般光栅常数约在一般光栅常数约在10-510-6m量级量级PObb 光栅中狭缝条数越多，明纹越亮光栅中狭缝条数越多，明纹越亮1条缝条缝2条缝条缝3条缝条缝5条缝条缝6条缝条缝20条缝条缝光栅衍射图样是光栅衍射图样是单缝衍射单缝衍射和和多缝干涉多缝干涉的总合效果的总合效果 1. 产生光栅衍射明条纹的条件产生光栅衍射明条纹的条件2. 光强分布光强分布 光栅常数越小，条纹间距越大；光栅常数越小，条纹间距越大； 光栅狭缝越多，条纹越细锐，越明亮。光栅狭缝越多，条纹越细锐，越明亮。 若光栅常数不变，无论光栅的狭缝有多少，各级明条若光栅常

27、数不变，无论光栅的狭缝有多少，各级明条纹（主极大）的位置不会发生变化。纹（主极大）的位置不会发生变化。 中央明纹中央明纹第一级主明纹第一级主明纹第二级主明纹第二级主明纹sin) (bb23230I讨论：讨论：sin,0,1,2,dkk1）条纹最高级次条纹最高级次mdkm2最大衍射角最大衍射角 sin1m，则条纹最高级次，则条纹最高级次2）光栅常数越小，条纹间距越大光栅常数越小，条纹间距越大相邻两条纹相邻两条纹1sinsinkkd一定，一定，d 变小，则变小，则 增大增大1sinsinkk3）衍射光栅产生衍射光栅产生色散色散现象现象d一定，一定， 变大，则变大，则 增大增大1sinsinkk衍射

28、光栅具有色散分光功能，是光谱仪器核心器件。衍射光栅具有色散分光功能，是光谱仪器核心器件。 白光照明时，中央明条纹为白色，其余明条纹为彩色白光照明时，中央明条纹为白色，其余明条纹为彩色条纹。紫光在内侧，红光在外侧。条纹。紫光在内侧，红光在外侧。 例例1(P.217)用氦氖激光器发出用氦氖激光器发出=632.8nm的红光垂直入的红光垂直入射到平面透射光栅上，测得第一级明纹出现在射到平面透射光栅上，测得第一级明纹出现在= =38方方向上，试求：向上，试求：1）这一平面透射光栅的光栅常数这一平面透射光栅的光栅常数d ，这标这标志着该光栅在志着该光栅在1cm 内有多少条狭缝；内有多少条狭缝；2）最多能看

29、到第几最多能看到第几级衍射条纹。级衍射条纹。每每cm的狭缝数的狭缝数 -137119728 cm1.028 1010Nd31 632.81.028 10nmsin38d即即解：解：1） sindk sinkd，得，得由由3msin1.028 101.62632.8dk只能看到一级明条纹。只能看到一级明条纹。2）由由 m2sindk ，和最大衍射角，和最大衍射角三三 衍射光谱衍射光谱 当入射光为白光时，当入射光为白光时，不同，衍射角不同，衍射角不同，则产生不同，则产生色散，形成光谱；除中央明条纹由各色光混合为白色外，色散，形成光谱；除中央明条纹由各色光混合为白色外，两侧各级明条纹都从紫到红对称排

30、列，形成彩色光带，称两侧各级明条纹都从紫到红对称排列，形成彩色光带，称为为衍射光谱衍射光谱。sin (0,1,2,)dkk根据光栅方程根据光栅方程 紫光靠近中央明条纹，红光远离中央明条纹；紫光靠近中央明条纹，红光远离中央明条纹；k 级红级红光有可能与光有可能与 k+1 级紫光重叠，甚至越过。级紫光重叠，甚至越过。白光白光一级一级二级二级三级三级 例例2（P.218）用白光垂直照射在每厘米有用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕条刻痕的平面光栅上，求第三级光谱的张角。的平面光栅上，求第三级光谱的张角。解：白光波长范围按解：白光波长范围按 400 760nm光栅常数光栅常数 1cm6500d 对紫

31、光对紫光7VV3 400 10sin0.78001/6500kdV51.26对红光对红光7RR3 760 10sin1.48211/6500kd不会产生不会产生 令令m9029mmsin1010512.8 nm3 6500dk绿光绿光第第 3 级光谱的张角级光谱的张角9051.2638.74设能出现光谱的最大波长为设能出现光谱的最大波长为m14-9 14-9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律 光的干涉和衍射现象证明了光的波动性；光是横波，光的干涉和衍射现象证明了光的波动性；光是横波，光的偏振性证明了光是横波。光的偏振性证明了光是横波。 机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别 横波横

32、波纵波纵波 光（电磁波）为横波，光（电磁波）为横波， 矢量称为光矢量，矢量称为光矢量， 的振动的振动为光的振动。为光的振动。 EE 一般光源发出的光中，包含有各个方向的光矢量，在一般光源发出的光中，包含有各个方向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称），没有哪一个所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称），没有哪一个方向更占优势，这种光称为自然光。方向更占优势，这种光称为自然光。 自然光可以用互相垂直的两独立的（无确定的相位关自然光可以用互相垂直的两独立的（无确定的相位关系）振幅相等的光振动表示，并各具有一半的振动能量。系）振幅相等的光振动表示，并各具有一半的振动能量。一一 自然光自然光

33、 偏振光偏振光1. 自然光自然光 vyExEvvE2. 偏振光（线偏振光）偏振光（线偏振光） 光矢量只沿一个固定方向振动，这种光称为线偏振光矢量只沿一个固定方向振动，这种光称为线偏振光或平面偏振光，简称光或平面偏振光，简称偏振光偏振光。 偏振光只含有一个方向偏振光只含有一个方向的光振动；偏振光光矢量的的光振动；偏振光光矢量的振动方向与传播方向所组成振动方向与传播方向所组成的面称为的面称为振动面振动面。3. 部分偏振光部分偏振光 自认光与偏振光叠加在自认光与偏振光叠加在一起就是部分偏振光。一起就是部分偏振光。 偏振方向的光振动比垂偏振方向的光振动比垂直方向上的光振动强。直方向上的光振动强。二二

34、偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏1. 偏振片偏振片 偏振片是一种能偏振片是一种能吸收吸收某一特定方向的光振动，而只让某一特定方向的光振动，而只让与之垂直方向上的光振动通过的透明薄片。与之垂直方向上的光振动通过的透明薄片。 允许光振动通过的方向称为偏振化方向。自然光通过允许光振动通过的方向称为偏振化方向。自然光通过偏振片后变成沿偏振化方向振动的偏振光。偏振片后变成沿偏振化方向振动的偏振光。 偏振片偏振片2. 起偏与检偏起偏与检偏 将自然光转变成偏振光的过程将自然光转变成偏振光的过程叫叫起偏起偏；用来起偏的偏振片或其它；用来起偏的偏振片或其它装置叫装置叫起偏器起偏器。 检验某光是否是偏振光的过程

35、检验某光是否是偏振光的过程称为称为检偏检偏；用来检偏的偏振片或其；用来检偏的偏振片或其它装置叫它装置叫检偏器检偏器。 AB自然光自然光起偏器起偏器检偏器检偏器最亮最亮 02I0I 02I自然光自然光最暗最暗0I 0I02IAB起偏器起偏器检偏器检偏器 将偏振片将偏振片B旋转一周，视场会由明亮逐渐变黑暗，再旋转一周，视场会由明亮逐渐变黑暗，再由黑暗逐渐变明亮，然后再由明亮由黑暗逐渐变明亮，然后再由明亮黑暗黑暗明亮变化，根明亮变化，根据这种现象就可以判定透射光是偏振光。据这种现象就可以判定透射光是偏振光。注意：注意：自然光通过偏振片后其光强是原来的自然光通过偏振片后其光强是原来的1/2 。三三 马

36、吕斯定律马吕斯定律20cosII式中式中为偏振光的振动方向与检偏器偏振化方向的夹角。为偏振光的振动方向与检偏器偏振化方向的夹角。 马吕斯定律马吕斯定律光强为光强为 I0 的偏振光，透过偏振片后，出的偏振光，透过偏振片后，出射光的强度射光的强度马吕斯定律的证明：马吕斯定律的证明： 设起偏器设起偏器M的偏振化方向为的偏振化方向为OM，检偏器，检偏器N的偏振化的偏振化方向为方向为ON；自然光透过起偏器后，成为沿；自然光透过起偏器后，成为沿OM方向的偏振方向的偏振光，其振幅为光，其振幅为E0；ON与与OM夹角夹角，检偏器，检偏器N透出的光透出的光0cosEE20cosII则则0IINME0Eoo222

37、00cosIEIE光强的比光强的比 MNo0EE MNo0EE非上述值，光强在最大与零之间非上述值，光强在最大与零之间00 II, , ，最亮；最亮；322=I, ,，= = 0 0全暗。全暗。 例（例（P.225）两偏振片，一个为起偏器，一个为检偏两偏振片，一个为起偏器，一个为检偏器。当它们偏振化方向间的夹角为器。当它们偏振化方向间的夹角为30时，一束单色自然时，一束单色自然光穿过它们，出射光强为光穿过它们，出射光强为I1；当它们偏振化方向间的夹角；当它们偏振化方向间的夹角为为60时，另一束单色自然光穿过它们，出射光强为时，另一束单色自然光穿过它们，出射光强为I2, 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，则它们，则它们经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为I10/2 和和I20/2。 经检偏器后，它们的光强分别为经检偏器后，它们的光强分别为2101cos 302II 2202cos 602II 30601I2II10I20起起偏偏器器12II已知已知210220cos 601cos 303II