大学物理课件：12-12 光的偏振状态

1、12-12 光的偏振状态12-13 起偏和检偏 马吕斯定律12-14 反射和折射时光的偏振12-15 光的双折射12-16 椭圆偏振光和圆偏振光 偏振光的干涉 人为双折射17-17* 旋光现象三、 光的偏振12-12 光的偏振状态偏振现象说明光是横波。光矢量：电磁波中引起生理作用的主要是电场矢量，故称电场矢量为光矢量。光波的振动面：光矢量的振动方向与光波传播方向构成的平面。干涉和衍射现象说明光具有波动性。v0HE（1）线偏振光 振动方向只限于某一固定方向的光 叫做线偏振光。由于线偏振光的光矢量保持在固定的振动面内，因此又名平面偏振光E播传方向振动面面对光传播方向看（光振动平行板面）（光振动垂直

2、板面）线偏振光的表示法：（2）自然光 通常光源发出的光，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布，没有优势方向，这种光叫做自然光。自然光没有偏振性。传播方向 振动方向自然光可分解为振动方向相互垂直的、等幅的、无固定相位关系的不相干线偏振光。光强各自等于自然光光强的一半。自然光的表示法：没有优势方向自然光的分解特点：等间距（3）部分偏振光可看成自然光和线偏振光的叠加。部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光的表示法：平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强+偏振度 (degree of polarization)描写部

3、分偏振光的偏振性: I 部分偏振光的总强度In 部分偏振光中包含的自然光的强度Ip 部分偏振光中包含的线偏振光的强度完全偏振光：P = 1自然光（或非偏振光）：P = 0部分偏振光：0 P 1（3）圆和椭圆偏振光（绿点为光矢量的端点）圆偏振光椭圆偏振光右旋左旋光的偏振状态可规为四类：完全偏振光(线偏振光) 、自然光 (非偏振光) 、部分偏振光、圆或椭圆偏振光。xyz传播方向EEEEEE左旋圆偏光的光矢量E随z的变化l/2起偏 由自然光获得偏振光的过程。起偏器-产生起偏作用的光学仪器。偏振片是一种常用的起偏器，它只能透过沿某个方向的光矢量。该透光方向称为偏振化方向或透光方向。偏振化方向 (透振方

4、向)自然光 I0偏振片线偏振光 I12-13 起偏和检偏 马吕斯定律1. 起偏和检偏透过光的振动方向平行于偏振化方向.自然光自然光垂直入射偏振片, 缓慢转动偏振片, 观察光强的变化.自然光.自然光偏振片：偏振化方向用平行线表示 自然光通过旋转的偏振片，变为线偏振光；出射光强不变，总是入射光强的一半，即 I=I0/2检偏：偏振片也可以作为检偏器来使用，用于检查入射光是否为偏振光。.起偏器检偏器自然光线偏振光 自然光通过起偏器后变为线偏振光，然后通过旋转的检偏器，观察出射光强的变化情况.自然光线偏振光.自然光线偏振光两偏振片的偏振化方向平行时，光强最强；垂直时光强为零，称为消光；旋转一周出现两次最

5、亮和两次最暗。偏振片P2可用来判断入射光是否为偏振光, 称为检偏器2. 马吕斯定律设入射线偏振光的光强为 I1，透过检偏器后的光强变为 I 2，则有：-线偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角I1I2P马吕斯定律P2 A1A2=A1cos 设入射线偏振光的光矢量振幅为A1，P2为检偏器的偏振化方向。入射光的振动方向与P2的夹角为。马吕斯定律的证明： 因为只有平行于偏振化方向的光矢量才能透过检偏器，因此透射光的振幅-光矢量沿P2方向的分量为：透射光的光强为：例1 光强的调制。在透振方向正交的起偏器M和检偏器N之间，插入一片以角速度 旋转的理想偏振片P（ t=0 时P/M），入射自然光强为I0

6、，试求由系统出射的光强是多少？解：如图所示，M与N的偏振化方向互相垂直。设经过M, P, N后的光强分别为I1, I2, I3。则：I1I2I3t = 0, 90, 180, 270时，输出光强为零。t = 45, 135, 225, 315时，输出光强最强为每旋转P一周，输出光强有“四明四零”。I1I2I3例2 一束自然光入射到重叠起来的四片偏振片上, 它们的偏振化依次顺时针(迎着透射光看)偏开30角。求入射光中有百分之几的光强透过这组偏振片(不计偏振片的吸收).解: 设入射光的光强为I0, 透过第1、2、3、4片的光强分别为I1 、I2 、I3 、I4,可见透射光强为入射光的21%.例3

7、用偏振片平行放置作为起偏器和检偏器, 在它们的偏振化方向成30角时, 观测一光源; 再将夹角改为60 , 换一个光源，两次测得光强相等。求两光源照到起偏器的光强之比.解: 设两光源照起偏器的光强分别为I1和I2，则起偏器后的光强分别为I1 / 2和I2 / 2。 依题意，设检偏器后的光强分别为 和 ，由马吕斯定律：12-14 反射和折射时光的偏振 当自然光照射到介质分界面时，其反射和折射光会产生偏振现象。下图代表空气和玻璃的分界面当 i 等于某一特定角度 iB 时，反射光中平行于入射面的振动变为零，只有垂直于入射面的振动，即反射光为振动方向垂直于入射面的完全线偏振光。这一特定角度 iB 称为起

8、偏振角(布儒斯特角)。折射光仍为部分偏振光。n1n2iir自然光反射和折射后产生部分偏振光 n1n2iBiBrB线偏振光S起偏角布儒斯特角（起偏角）取决于界面两侧介质的折射率。 n2-折射光传播介质，n1-入射光与反射光传播介质。布儒斯特定律实验证明, 当入射角i = iB时, 即反射光与折射光互相垂直。 得：根据折射定律，有： n1n2iBiBr线偏振光S起偏角例如(玻璃)，则：(空气)，实验表明：反射光虽然是线偏振的，但强度不大。例如自然光从空气射入玻璃表面时，线偏振反射光仅占入射自然光总能量的15%，绝大部分垂直分量和全部平行分量都在折射光内。互余1.51.51.51.01.01.01.

9、0 为增加反射光的强度和折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆的办法。 一束自然光以起偏角56.3入射到20层平板玻璃上，在玻璃片下表面处的反射，其入射角33.7也正是光从玻璃射向空气的起偏振角，则反射光仍是垂直于入射面振动的偏振光。 当玻璃片足够多时，透射光接近完全偏振光，其振动面就在折射面内，并与反射光的振动面相互垂直。玻璃片堆可做起偏器例1 已知光从空气射入某材料，布儒斯特角iB为58，求它的折射率？若光从水中（水的折射率为1.33）入射该材料，求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？解: 设该材料的折射率为n，空气的折射率为1。根据布儒斯特定律得，若放在水中，则有所以，该材料对水的相对折射率为1.20 例2 如图，自然光由空气入射到折射率n2=1.33的水面上，入射角为i 时使反射光为完全偏振光。今有一块玻璃浸入水中，其折射率n3=1.5, 若光由玻璃面反射也成为完全偏振光，求水面与玻璃之间的夹角。解： 由图可知，=i2 - 为所求的角。 根据反射光成为完全偏振光的条件： =900- i 又因 i和i2 是布儒斯特角， 由布儒斯特定律可得：例3 用