大学物理光偏振

1、关于大学物理光的偏振第1页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三1. 线偏振光（linearly polarized light） 光矢量只沿一个固定方向振动，这种光称为线偏振光，也称为平面偏振光。面对光的传播方向看线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyEx yx表示法：光振动垂直板面光振动平行板面第2页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三圆偏振光椭圆偏振光 0 y yx z传播方向 /2x某时刻圆偏振光 E随 z 的变化E2. 圆偏振光（circularly polarized light）椭圆偏振光（ellipticly polarized ligh

2、t）第3页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三为某个确定值的线偏振光的合成。右旋圆偏振光的合成。圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、传播方向一致、振动方向相互垂直、相位差线偏振光则可以看成是两束频率相同、相位相同、振幅相同、传播方向亦相同的左、相位差 /2或3 /2x y yxx，y振幅相同，相位差不等于0，和 2 /2，3 /2第4页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三二、 自然光（natural light）垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。没有优势方向一束自然光可分解为两束振动方向相互 光矢量 取向是杂乱无章的、对于光的传播方向是对称分布的, 称为

3、自然光。表示法：自然光的分解非相干第5页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三三、部分偏振光表示法：部分偏振光可看成自然光和线偏振光混合分解非相干平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强部分偏振光可以分解如下： 光矢量沿某一方向振动比其它方向占优势，称为部分偏振光。第6页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三16.2 偏振片起偏与检偏 马吕斯定律一、偏振片（ Polaroid）原理：利用“二向色性”晶体制成。允许通过光振动的方向称为偏振化方向，即透光轴。 线偏振光的起偏：自然光入射时非偏振光I0线偏振光 IP 偏振化方向 （通光方向）第7页，共38页，202

4、2年，5月20日，19点54分，星期三二、马吕斯定律（Malus law）偏振光Io自然光偏振光IP(N)P(M)M:起偏器N:检偏器Io 与 I 关系：马吕斯定律透射光最大透射光为零A0 sinaMoNaA0A0 cosa第8页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三三、线偏振光的检偏I?P待检光若 I 不变若 I 变有消光若 I 变无消光或由线偏振光与自然光混合而成的部设入射光可能是旋转自然光或线偏振光分偏振光线偏自然部分第9页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三四、偏振片的应用 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必 要的反射光。 制成偏光眼镜，可观看立体电

5、影。 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装 上偏振片，可以避免汽车会车时灯光 的晃眼。 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装 置。与地面成45角、且向同一方向倾斜怎样装?第10页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三立体电影第11页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三16.3 反射、折射偏振 布儒斯特定律一、反射起偏 布儒斯特定律2当取某一入射角 i0 时，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光，折射光为部分偏振光。 i0 称为布儒斯特角（起偏角）。反射光垂直入射面分量(S)比例大折射光平行入射面分量(P)比例大1自然光反射和折射后成为部分偏振光, 偏振化程度与入射

6、角有关。n1n2iirS 分量P 分量第12页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三i0n1n2r布儒斯特定律此时有：i0+r = 90o二、折射起偏玻璃片堆利用玻璃片堆使折射光趋近与P偏振光用玻璃片堆能增强反射偏振光的强度i0接近线偏振光玻璃片堆线偏振光第13页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三思考在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去掉反射光的干扰？有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰第14页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三一、双折射现象1. 双折射in1n2rore(各向异性介质)自然光o光e光2.寻常（o）光

7、和非寻常（e）光o光 ：遵从折射定律e光 ：一般不遵从折射定律e光折射线也不一定在入射面内。 一束光入射到各向异性介质时，折射光分成两束的现象。16.4 双折射（birefringence）现象第15页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三 方解石oeeo 演示以入射方向为轴旋转方解石方解石偏振片双折射的两束光振动方向相互垂直第16页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三3. 晶体的光轴(optical axis of crystal)光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发例如，方解石晶体（冰洲石） 光轴是一个特殊的方向，一个光轴的晶体，如方解石。两个光轴的晶体

8、，如云毋。 由钝隅引出的与三个棱边成等角的方向就是光轴。光轴AB10278该方向称为晶体的光轴。生双折射，于此方向的直线均为光轴。凡平行单轴晶体：双轴晶体：第17页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三4. 主平面（principal plane）o光光轴o光的主平面e光光轴e光的主平面10 o光振动垂直主平面，e光振动在主平面内。 晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面叫该束光的主平面。 晶体解理面的法线与晶体光轴构成的平面称为晶体的主截面。第18页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三2o 通常o、e光主平面不重合，两者振动方向不垂直。当入射面与主截面重

9、合时，两者主平面与主截面重合，振动方向垂直。5. 折射率(refractive index) 光矢量垂直与光轴振动的光波折射率no、平行与光轴振动的光波折射率ne称为晶体的主折射率。 单轴晶体中，o光折射率始终是no；e光的折射率介于no ne之间，当传播方向垂直于光轴方向时，折射率是ne。第19页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三二、尼科耳棱镜（Nicol prism)制作：原理：全反射第20页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三一、偏振光干涉装置二、偏振光干涉的分析AoA2oNMCAAeA2e在P2 后：在P1 后：偏振化方向偏振片N 单色自然光偏

10、振片M偏振化方向d晶片C光轴方向相干屏16.5 偏振光的干涉第21页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三通过晶体C后的相位差是再通过P2 后：（明）单色光入射，d不均匀，则屏上为等厚条纹。AoA2oNMCA1AeA2e（暗）第22页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）单色光入射，d不均匀，则屏上为等厚条纹。第23页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色，若白光入射，且晶片d 均匀，则：屏上由若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。硫酸钠晶片的色偏振图片第24页，共38页，202

11、2年，5月20日，19点54分，星期三16.6 偏振现象应用一、人工双折射 人为使各向同性介质转化造成各向异性介质，而产生双折射效应，称为人工双折射。1. 光弹效应（photoelastic effect） 由于受力作用，使各向同性介质转化造成各向异性介质，称为光弹效应。在一定应力范围内：k是比例系数第25页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三P1P2dFSF干涉有机玻璃C模型的光弹图象钓钩的图象光弹第26页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三2. 电光效应（photoelastic effect） 由于电场作用，使各向同性介质转化造成各向异性介质，称为

12、电光效应。45P2l+-克尔盒dP145克尔效应泡克尔斯效应应用：可作为光开关（响应时间10-9s）， 用于高速摄影、激光通讯、光速测距等第27页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三二、旋光现象（roto-optical phenomena)1. 物质的旋光性（optical activity） 除石英外，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的水溶液等也都具有旋光性。1811年，法国物理学家阿喇果（Arago）其振动面能发生旋转，发现，线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时这称为旋光现象。 旋光物质d光轴 a 旋光率旋转的角度：第28页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三

13、旋光率 a 与旋光物质和入射波长有关，对于溶液，与浓度有关：可以有左旋体和右旋体.物质旋光性和物质原子排列结构有关的，2. 磁致旋光（magnetic opticity） 一些物质在磁场作用下，也会产生旋光现象，称为磁光效应。水、二硫化碳、食盐等是磁致旋光物质。第29页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三d磁致旋光物质B旋转的角度 : V 费德尔常量，磁致旋光效应的应用： 研究物质结构 测电流和磁场 磁光调制第30页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三1. 马吕斯2.布儒斯特 3.双折射 第31页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三例

14、1.两个偏振片组成结构，在它们偏振化方向成30o角时，观测一束自然光；又在60o角时，观测另一束自然光。两次测得透射光强度相同，求两束自然光强度。解：设两束自然光强度是I1、I2透射光强度是：，则第32页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三例2.求：透射光强偏振片，透射光强为 ，若这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成 角。使自然光通过两个偏振化方向成 角透射光强为：解：第33页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三例3.令其通过旋转着的偏振片，若测得出射光的最大光强为 ，最小光强为 ，则混合光中偏振光和自然光的强度各为多少？一束混合光包含线偏振光和自然光，解：第34页，共38页，2022年，5月20日，19点54分，星期三例4水的折射率为1.33,玻璃的折射率为1.501光由水中射向玻璃反射时,