大学物理：8-4 光的偏振

1、物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律8-48-4 光的偏振光的偏振物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射 .光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振 .机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律一自然光一自然光 偏振光偏振光 自然光自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方向：一般光源发出的光

2、中，包含着各个方向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光称）这样的光叫自然光 . 自然光以两互相自然光以两互相垂直垂直的互为独的互为独立的（立的（无确定无确定的的相位相位关系）振幅相关系）振幅相等的光振动表示等的光振动表示 , 并各具有并各具有一半一半的的振动能量振动能量 .符号表示符号表示vE注意注意 各光矢量间无固定的相位关系各光矢量间无固定的相位关系 . 二互相垂直方向是任选的二互相垂直方向是任选的 .物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律 偏振光偏振

3、光（线偏振光）（线偏振光）符号表示符号表示 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .光振动只沿某一固定方向的光光振动只沿某一固定方向的光 .振动面振动面vE符号表示符号表示物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律 起起 偏偏二偏振片二偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 二向色性二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种

4、性质称二这种性质称二向色性向色性 . 偏振片偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时，它当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向偏振化方向 .021I偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器0I物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律NM

5、三马吕斯定律三马吕斯定律（1880 年）年）E0Ecos0EE 2020EEII检偏器检偏器起偏器起偏器0IIE0ENM20cosII 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的偏振的偏振光通过检偏振器后光通过检偏振器后, 出射光的强度为出射光的强度为0I物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律021II 自然光自然光I I0 0线偏振光线偏振光I I 线偏振光线偏振光II起偏器起偏器检偏器检偏器偏振化方向偏振化方向202cos21cosIII消光，若, 02:minII0max210:III ，若物理学教程物理学教程（第二版）（第二版

6、）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律（1）若自然光入射到偏振片上，则以入射光线为若自然光入射到偏振片上，则以入射光线为轴转动一周，则透射光光强不变。轴转动一周，则透射光光强不变。（2）线偏振光入射到偏振片上后，偏振片旋转一线偏振光入射到偏振片上后，偏振片旋转一周（以入射光线为轴）过程中，发现透射光两次最周（以入射光线为轴）过程中，发现透射光两次最明和两次消光。明和两次消光。（3）若部分偏振光入射到偏振片上，则以入射光）若部分偏振光入射到偏振片上，则以入射光线为轴转动一周，则透射光有两次最明和两次最暗线为轴转动一周，则透射光有两次最明和两次最暗（但不消光）。（但不消光

7、）。讨论：讨论：自然光，偏振光，部分偏振光入射到旋转的偏振片上自然光，偏振光，部分偏振光入射到旋转的偏振片上15-5 偏偏振振物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律例例1. 如何用实验判断光束是如何用实验判断光束是(1)线偏振光；线偏振光；(2)部分偏振光；部分偏振光；(3)自然光自然光?答：使用偏振片可以分辨三种光束。答：使用偏振片可以分辨三种光束。 将偏振片以光的传播方向为轴转动，出射光将偏振片以光的传播方向为轴转动，出射光强不发生改变的是自然光；强不发生改变的是自然光； 发生改变，当转一周后，若有两次光强最大，发生改变，当转

8、一周后，若有两次光强最大，两次消光的是线偏振光；两次消光的是线偏振光； 若出射光强发生改变，但没有消光的是部分若出射光强发生改变，但没有消光的是部分偏振光。偏振光。物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律 例例2 有两个偏振片有两个偏振片,一个用做起偏器一个用做起偏器, 一个用做检一个用做检偏器偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时 , 一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们, 出射光强为出射光强为 ; 当它们偏振化方向间当它们偏振化方向间的夹角为的夹角为 时时, 另一束单色自然光穿过它们另一束单色

9、自然光穿过它们 , 出射光出射光强为强为 , 且且 . 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 .30601I2I21II 10I20I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 和和 . 经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 .220I210I经过检偏器后经过检偏器后30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021IIII物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律212cosII 3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121I

10、I 20cos2I 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系 .I31p,p2p2p3p0I1p讨论讨论物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）14 14 9 9 光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律)2(cos223II202cos2II 220223sincos21sinIII2sin81203II 若若 在在 间变化，间变化， 如何变化如何变化？203I0,23, ,2, 03I8,47,45,43,403II

11、0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）空气空气i1n 入射面入射面 入射光线和法入射光线和法线所成的平面线所成的平面 . 反射光反射光 部分部分偏振光偏振光 ，垂直于入射面的振动大于平垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动行于入射面的振动 . 折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的振动大偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动于垂直于入射面的振动 .理论和实验证明理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关：反射光的偏振化程度与入射角有关 .i光反射与折射时的偏振光反射与折射时的偏振玻璃玻璃2n物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）

12、2n空气空气布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）反射光为完全偏振光，且反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。光为部分偏振光。120tannni 当当 时，时，1）反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直 .120sinsinnni00120cossintaniinni)2cos(sincos0i20i讨论讨论0i0i1n玻璃玻璃物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）120tannni tan)2tan(cot0210inni 2）根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介介质入射于界面时，此质入射于界面时，此 角即

13、为布儒斯特角角即为布儒斯特角 .2n1n 2n玻璃玻璃0i0i1n玻璃玻璃2n0i物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）注意注意 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占反射光的强度约占入射光强度的入射光强度的 7.5% , 大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃 .利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光0i物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）有反射光干扰的橱窗有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰消除了反射光的干扰物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）0i0i0iiii讨论讨论讨论下列光线的反射和折射（讨论下列光线的

14、反射和折射（起偏角起偏角 ）.0i物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）1s2ss 讨论讨论 如图的装置如图的装置 为偏振片，为偏振片，问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？pp,p,p211p2pp p451）去掉）去掉 保留保留 2）去掉）去掉 保留保留 3）去掉）去掉 保留保留 4） 都保留都保留 . pp,21p,p p21p,pp,21p,p,pppp,p,p21无（两振动互相垂直）无（两振动互相垂直）无（两振动互相垂直）无（两振动互相垂直）无（无恒定相位差）无（无恒定相位差）有有2p1pp2p1p2p1pp p2p1p p2p1pp p第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学一一 双折射的寻常光和非寻常光双折射的寻常光和非寻常光 nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律方解石晶体方解石晶体第十四章第十四章 波动光学波动光学物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）光通过光通过双折射晶体双折射晶体第十四章第十