大学物理学：8-4 光的偏振

1、8-4 8-4 光的偏振光的偏振（Polarization of lightPolarization of light） 重点重点 产生偏振光的方法产生偏振光的方法 马吕斯定律马吕斯定律 布儒斯特定律布儒斯特定律光的干涉、衍射光的干涉、衍射机械横波与机械横波与纵波的区别纵波的区别光波是光波是横波横波光的光的波动性波动性光的偏振光的偏振 只有横只有横波才具波才具有偏振有偏振现象现象机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝偏振偏振一一 . 自然光自然光 偏振光偏振光 自然光自然光:一般光源发出的光中，包含着各个方向的光振动，一般光源发出的光中，包含着各个方向的光振动，在所有可能的方向上的振幅都相等在所有可能的

2、方向上的振幅都相等(轴对称轴对称)这样的光叫自然光这样的光叫自然光 . 自然光以两互相垂直的互为独立的自然光以两互相垂直的互为独立的 （无确定的相位关系）振幅相等的（无确定的相位关系）振幅相等的光振动表示光振动表示 , , 并各具有一半的振动并各具有一半的振动能量能量 . .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 . 二二互相互相垂直方向是任选的垂直方向是任选的 . 偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光） 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

3、固定方向的光光振动只沿某一固定方向的光 . 光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面线偏振光部分偏振光 起起 偏偏二二 . 偏振片偏振片 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 , 而只让与这而只让与这个方向垂直的光振动通过个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性这种性质称二向色性 . 偏振化方向偏振化方向: 当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特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偏振化方向定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向 .021I偏振化方向偏振化方向0I

4、起偏器起偏器 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 .检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器MN三三 . 马吕斯定律马吕斯定律（1808 年）年）E0Ecos0EE 2020EEII20cosII 马吕斯定律马吕斯定律: :强度为强度为 的偏振光通过检偏振器的偏振光通过检偏振器后后, ,出射光的强度出射光的强度. .0I021II 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（1）若自然光入射到偏振片上，则以入射光

5、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）。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

6、片上15-5 偏偏振振例例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。 例例2 有两个偏振片有两个偏振片,一个用

7、作起偏器一个用作起偏器, 一个用作检一个用作检偏器偏器. 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

8、过检偏器后30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021IIIIi1n 反射光：反射光：部分部分偏振光，垂直偏振光，垂直于入射面的振动大于平行于入于入射面的振动大于平行于入射面的振动。射面的振动。 折射光：折射光：部分部分偏振光，平行偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入于入射面的振动大于垂直于入射面的振动。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玻璃玻璃2n四、反射光和折射光的偏振四、反射光和折射光的偏振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

9、为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。部分偏振光。120tannni 0i0i1n玻璃玻璃2n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0i0i1n1一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角特角 ，问，问 在界面在界面 2 的反射光是什么光？的反射光是什么光？0i玻璃玻璃2n2 一次起偏垂直入射面的振动仅很小部分被反射（约一次起偏垂直入射面的振动仅很小部分被反射（约15%）所以反射偏振光很

10、弱所以反射偏振光很弱 。一般应用玻璃片堆产生偏振光。一般应用玻璃片堆产生偏振光玻璃片堆玻璃片堆线偏振光线偏振光Bi I0I入射自然光入射自然光线偏振光线偏振光 15-5 偏偏振振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例例3. 当一束光入射到两种透明介质的分截面上时，发现当一束光入射到两种透明介质的分截面上时，发现只有透射光而无反射光，试说明这束光是怎样入射的只有透射光而无反射光，试说明这束光是怎样入射的?其其偏振状态如何偏振状态如何?答：这束光是线偏振光，以布儒斯特角入射的，答：这束光是线偏振光，以布儒斯特角入射的，

11、其偏振方向与入射面平行其偏振方向与入射面平行 动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学双折射的寻常光和非寻常光双折射的寻常光和非寻常光方解石晶体方解石晶体五、双折射五、双折射12sinsinnni恒量恒量i玻璃玻璃2n折折 射射 定定 律律1n光通过光通过双折射晶体双折射晶体 寻常光线（寻常光线（o o光）光）(ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线(extraordinray rays) 非常光线（非常光线（e e光）光）不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线（一般情况，非常光线不在入射面内）（一般情况，非常光线不在入射面内）实验证明：实验证明：

12、 O 光和光和 光均为偏振光光均为偏振光.e0710109光轴光轴 光光 光光eo总总 结结1.1.自然光（自然光（natural lightnatural light） 2.2.偏振光（偏振光（Polarized lightPolarized light）光振动平行屏幕的偏振光光振动平行屏幕的偏振光 光振动垂直屏幕的偏振光光振动垂直屏幕的偏振光3.3.产生偏振光的方法产生偏振光的方法a.a.使用二向色性的偏振片产生偏振光使用二向色性的偏振片产生偏振光马吕斯定律马吕斯定律2A2P1A1 1P Pcos12AA 212cosII b.b.利用双折射现象产生偏振光利用双折射现象产生偏振光寻常光和异

13、常光寻常光和异常光oec.c.利用光的反射和折射产生偏振光利用光的反射和折射产生偏振光12tannniB布儒斯特定律：布儒斯特定律：2n1n Bi001max2,0,1,2,3,4kkIII min00, 3 , 2 , 1 , 0,)12(IIkk 叠加增强时叠加增强时叠加减弱时叠加减弱时0201II)2(cos4cos2201020102010IIIIII干涉项干涉项0112222rr0 k k2maxII 2120k0min0 II) 12(k0dDkx亮纹亮纹2) 12(0dDkx暗纹暗纹xxDdrr12(1) (1) 杨氏双缝干涉实验杨氏双缝干涉实验洛埃镜实验显示了光波动性的一种现象

14、洛埃镜实验显示了光波动性的一种现象半波损失现象半波损失现象当光从当光从光疏介质光疏介质入射到入射到光密介质光密介质，再反射回光疏介质时，再反射回光疏介质时，反射光反射光的光程的光程在界面上发生了在界面上发生了 的突变，这种现象叫做的突变，这种现象叫做“半波损失半波损失”。 2220ne)3 , 2 , 1(k0k明纹明纹2) 12(0k暗纹暗纹(2)(2)劈尖劈尖条纹条纹计算计算（设劈尖折射率为（设劈尖折射率为n n）neeekk2010022knek001) 1(22knek相邻明纹（或暗纹）间距相邻明纹（或暗纹）间距棱边处为暗纹棱边处为暗纹（e e = 0 = 0， ）2 l l明明纹纹中中心心暗暗纹纹中中心心ke1keenl20(3)(3)夫琅禾费单缝衍射夫琅禾费单缝衍射P0C* *of BAxf缝分为偶数个缝分为偶数个“半波带半波带”, ,P P 为暗纹。为暗纹。3 , 2 , 1,22sinkka3 , 2 , 1,sin KKa 缝分成奇数个缝分成奇数个“半波带半波带”, , P P 为明纹。为明纹。 321,2) 1 2(sin ,kka（1 1）暗纹坐标）暗纹坐标afkxk), 2 , 1(k（2 2）明纹坐标）明纹坐标afkxk2)12(),2, 1(k（3 3）中央明纹的角宽度）中央明纹的角宽度