理科物理光学10

1、2012-12-20刘庆国-衍射1小小 结结(1)、光的偏振态、光的偏振态常见的光矢量振动状态常见的光矢量振动状态偏振态包括偏振态包括 5 种：种：椭圆偏振光椭圆偏振光振动面振动面-光矢量与光的传播方向组成的平面。光矢量与光的传播方向组成的平面。线偏振光线偏振光自然光自然光部分偏振光部分偏振光圆偏振光圆偏振光2012-12-20刘庆国-衍射2(2)、起偏与检偏、起偏与检偏(3)、马吕斯定律、马吕斯定律 20IIcos 起偏起偏器器1P检偏器检偏器2P透射偏振光的强度透射偏振光的强度入射偏振光的强度入射偏振光的强度振动面与偏振化方向的夹角振动面与偏振化方向的夹角0I20II小小 结结要要 求求1

2、、了解光的五种偏振状态、了解光的五种偏振状态2、理解偏振光的获得方法和检验方法、理解偏振光的获得方法和检验方法3、理解马吕斯定律、理解马吕斯定律2012-12-20刘庆国-衍射3演示演示22-3 马吕斯定律马吕斯定律.mpg 20IIcos cos0EE 4 4、马吕斯定律、马吕斯定律设偏振光的强度设偏振光的强度 I0 垂直入射偏振片，垂直入射偏振片，振动面与偏振化方向夹角如图，振动面与偏振化方向夹角如图，透射光强度透射光强度 I0IIP E0E 24-2 偏振光的获得与检验偏振光的获得与检验2012-12-20刘庆国-衍射4(1)光强光强明明-暗暗-明明变化，为变化，为线偏振光线偏振光 (2

3、)光强光强强弱变化强弱变化，为，为部分偏振光部分偏振光或或椭圆偏振光椭圆偏振光(3)光强光强不变化不变化，为，为自然光自然光或或圆偏振光圆偏振光检偏过程检偏过程以光线为轴，旋转以光线为轴，旋转P2 观察透过观察透过P2 的光强的光强 20IIcos 1P2P0I20II0I I0 50.24-2 偏振光的获得与检验偏振光的获得与检验2012-12-20刘庆国-衍射5思考题思考题P1 P2 垂直垂直1P0I20I0I 2P0I3P0I2? I1P2P24-2 偏振光的获得与检验偏振光的获得与检验2012-12-20刘庆国-衍射6 光强为光强为 I0 的自然光相继通过偏振片的自然光相继通过偏振片P

4、1、P2、P3 ，光，光强变为强变为 I0 / 8，已知，已知 P1 P3 ，求，求 P1、P2 间夹角为多少间夹角为多少?例题例题- -1解：分析作图解：分析作图2P3P1P0I1I2I3I2II01 212IIcos 22223I2IIsin)(cos 8I2I0220 sincos 3P2P1P 45 12 sin cossinsin22 2012-12-20刘庆国-衍射7 自然光强度自然光强度 I0，连续通过，连续通过 4 块偏振片，相邻两块偏振块偏振片，相邻两块偏振片偏振化方向夹角片偏振化方向夹角30，忽略光的吸收，求透射光强度。，忽略光的吸收，求透射光强度。例题例题- -201I2

5、1I 212IIcos 223IIcos 234IIcos 60I21cos 6023I21)( 0I210. 0I3I1I2I4I解：解：2012-12-20刘庆国-衍射8例题例题- -3 一束光是自然光和线偏振光的混合光，垂直通过一偏一束光是自然光和线偏振光的混合光，垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的值是最小值的 5 倍，求入射光中自然光与线偏振光的强度之比。倍，求入射光中自然光与线偏振光的强度之比。 解：解：设自然光强度设自然光强度I0 偏振光强度偏振光强度I110II21I max则：

6、则：0I21I min5II minmax21II10 1P1I0I2012-12-20刘庆国-衍射9 24-3 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振(1)、反射光反射光为为部分偏振光部分偏振光，且垂直入射面的振动较强，且垂直入射面的振动较强(2)、折射光折射光也为也为部分偏振光部分偏振光，且平行入射面的振动较强，且平行入射面的振动较强自然光入射在两种媒质的分界面上时，会发生自然光入射在两种媒质的分界面上时，会发生反射反射和和折射折射。入射面入射面-入射光线与入射光线与法线所决定的平面。法线所决定的平面。i2n1n 实验发现实验发现2012-12-20刘庆国-衍射10布儒斯特定律布儒斯特定

7、律当入射角满足当入射角满足120nntgi 0i称为称为起偏角起偏角，布儒斯特角布儒斯特角反射光与折射光线垂直反射光与折射光线垂直由折射定律：由折射定律：120nni sinsin000iitgicossin 0icossin 2i0 0i21nn 反射光反射光为为线偏振光线偏振光反射光矢量垂直入射面反射光矢量垂直入射面 24-3 反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振2012-12-20刘庆国-衍射11 平行玻璃板上表面反射光是偏振光，平行玻璃板上表面反射光是偏振光，上表面的折射角等于下上表面的折射角等于下表面的入射角。表面的入射角。下表面的反射光下表面的反射光已知玻璃的折射率已知玻璃的折

8、射率 n =1.5，求玻璃的布儒斯特角，求玻璃的布儒斯特角?例题例题-451nntgi120. 56i0解：解：1n2n1n 0i21nntg 下表面的反射光为完全线偏振光。下表面的反射光为完全线偏振光。 90i0 cossin 0i sinsin201nin sincos21nn 2012-12-20刘庆国-衍射12 0i自然光自然光近于偏振光近于偏振光 偏振光偏振光 反射光反射光为完全线偏振光，但光强较弱；为完全线偏振光，但光强较弱；折射光折射光为部分偏振光，为部分偏振光，但光强较强。但光强较强。欲使反射光增强，可以使用欲使反射光增强，可以使用玻璃片堆玻璃片堆，当玻璃片足当玻璃片足够多时，

9、反射光的强度加强；透射光逐渐成为偏振光，偏振化程够多时，反射光的强度加强；透射光逐渐成为偏振光，偏振化程度增强，偏振化方向与反射偏振光的垂直。度增强，偏振化方向与反射偏振光的垂直。演示演示22-4 布儒斯特定律布儒斯特定律.mpg2012-12-20刘庆国-衍射13解：由布儒斯特定律解：由布儒斯特定律n1nnntgi120 54157tgtgin0. 利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。 用布儒斯特定律不仅可以测量透明物体的折射率，而用布儒斯特定律不仅可以测量透明物体的折射率，而且还能测量不透明物体的折射率。已知某种且还能测量不透明物体的折射率。已知某种

10、不透明媒质不透明媒质的布儒斯的布儒斯特角特角 求该种媒质的折射率求该种媒质的折射率?例题例题-5 57i00i1n2n2012-12-20刘庆国-衍射14画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。例题例题-61n2n2n0i1n1n2n0i1n2n1n2n0i1n2n2012-12-20刘庆国-衍射151、光学各向同性媒质、光学各向同性媒质 24-4 24-4 双折射现象双折射现象 光的传播速度与光的传播方向光的传播速度与光的传播方向无关；与光的偏振状态无关。无关；与光的偏振状态无关。 点光源发光，任意时刻的波阵点光源发光，任意时刻的波阵面

11、都是球面。面都是球面。例如：玻璃、水例如：玻璃、水光在两种媒质分界面上发生的反光在两种媒质分界面上发生的反射和折射，遵循反射定律和折射射和折射，遵循反射定律和折射定律。定律。i21nn i 2012-12-20刘庆国-衍射162 2、光学各向异性媒质、光学各向异性媒质21 1 2 21 1 2 光在光在各向异性各向异性媒质媒质传播时，传播时，光的传播速度与光传播光的传播速度与光传播方向方向有关；与光的有关；与光的偏振状态偏振状态有关。有关。例如：例如： 石英、方解石。石英、方解石。 演示演示22-5 光的双折射现象光的双折射现象.swf 演示演示22-6 光的双折射实验光的双折射实验.mpg

12、24-4 24-4 双折射现象双折射现象2012-12-20刘庆国-衍射173、双折射现象、双折射现象一束自然光入射在各向异性媒质分界面上，产生两束折射光。一束自然光入射在各向异性媒质分界面上，产生两束折射光。实验发现：两束光折射光中实验发现：两束光折射光中一条总是遵循折射定律一条总是遵循折射定律-称为称为寻常光线寻常光线- o 光光另一条不遵循折射定律另一条不遵循折射定律-称为称为非常光线非常光线- e 光光用检偏器检验发现用检偏器检验发现-o 光、光、e 光都是线偏振光。光都是线偏振光。注意：注意：只有在各向异性晶体内只有在各向异性晶体内部有部有 o 光光 e 光之分光之分21 2 1 2

13、4-4 24-4 双折射现象双折射现象2012-12-20刘庆国-衍射18 光学各向异性的晶体内，存在着特光学各向异性的晶体内，存在着特殊的方向，在该方向上，不产生双折殊的方向，在该方向上，不产生双折射现象。该方向称为晶体的射现象。该方向称为晶体的光轴光轴。注意：光轴是一个特定的方向，而不是特定的直线。注意：光轴是一个特定的方向，而不是特定的直线。单轴晶体单轴晶体-方解石、石英、红宝石方解石、石英、红宝石双轴晶体双轴晶体-云母、硫磺、蓝宝石云母、硫磺、蓝宝石4、晶体的光轴、晶体的光轴 24-4 24-4 双折射现象双折射现象2012-12-20刘庆国-衍射19小小 结结(1)、光的偏振态、光的

14、偏振态常见的光矢量振动状态常见的光矢量振动状态偏振态包括偏振态包括 5 种：种：椭圆偏振光椭圆偏振光振动面振动面-光矢量与光的传播方向组成的平面。光矢量与光的传播方向组成的平面。线偏振光线偏振光自然光自然光部分偏振光部分偏振光圆偏振光圆偏振光2012-12-20刘庆国-衍射20(2)、起偏与检偏、起偏与检偏(3)、马吕斯定律、马吕斯定律 20IIcos 起偏起偏器器1P检偏器检偏器2P(4)、反射光为部分偏振光、反射光为部分偏振光 折射光为部分偏振光折射光为部分偏振光透射偏振光的强度透射偏振光的强度入射偏振光的强度入射偏振光的强度振动面与偏振化方向的夹角振动面与偏振化方向的夹角i21nn 0I20II2012-12-20刘庆国-衍射21(5)、布