大学物理演示(赵)光的偏振

机械波穿过狭缝光波是横波

光的偏振.机械横波与纵波的区别偏振态:

在垂直于光的传播方向的平面内光矢量的各种振动状态

19光的偏振19.1自然光和偏振光1.自然光自然光的图示：2.线偏振光在垂直光传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光叫线偏振光。在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有方向上都相等，各光矢量之间没有固定的位相关系，----自然光。3.

部分偏振光部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形，部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光图示：或4.椭圆偏振光和圆偏振光若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面内的投影为椭圆(圆)，这种光叫椭圆(圆)偏振光。椭圆偏振光可以看成两个频率相同,互相垂直,有一定相位差的线偏振光的合成。圆偏振光合成光振动矢量末端轨迹是圆。满足椭圆方程：6.偏振度线偏振光自然光部分偏振光椭圆偏振光

==0yx仍为线偏振光椭圆偏振光右旋左旋5.椭圆偏振光起偏器和检偏器1.起偏器和检偏器起偏器：能产生线偏振光的装置检偏器：能检验线偏振光的装置能产生线偏振光的装置也常常用来检验线偏振光，即起偏器同时也可作为检偏器检偏：旋转检偏器，每转过90o交替出现极大和消光，则入射光为线偏振光。19.2线偏振光的起偏和检偏马吕斯定律2、二向色性自然光入射到偏振片，自然光中某一方向光振动被吸收，而与此垂直方向的光振动则通过，----产生线偏振光。——产生线偏振光方法之一对互相垂直的两个光振动有选择吸收的这种性能，称为二向色性（1928年，美国大学生兰德（E.H.lade），利用硫酸碘奎宁实现二向色性）透射线偏振光光矢量的振动方向为通光方向，或透光轴，也叫偏振化方向。二向色性聚乙烯薄膜浸入碘溶液做偏振片3.马吕斯定律****一束光强为I0的线偏振光，透过检偏器的透射光强为：是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向之间夹角起偏器和检偏器通光方向例1有两个偏振片,偏振化方向间的夹角为时,自然光入射，出射光强为;当它们偏振化方向间的夹角为时，另一束单色自然光穿过它们,出射光强为，且.求两束单色自然光的强度之比.解设两束单色自然光的强度分别为和.经过起偏器后光强分别为和.经过检偏器后在两块正交偏振片之间插入另一块偏振片，光强为的自然光垂直入射于偏振片，讨论转动透过的光强与转角的关系.讨论若

在间变化，如何变化？19.3反射和折射光的偏振反射光中垂直入射面振动占优折射光中平行入射面振动占优布儒斯特定律入射角满足时反射光是线偏振光，振动垂直入射面布儒斯特角起偏角由折射定律折射光是部分线偏振光。玻片堆许多玻璃片叠起来，折射光近似完全线偏振光，是平行于入射面振动。对于一般的光学玻璃,反射光的强度约占入射光强度的7.5%,大部分光将透过玻璃.利用玻璃片堆产生线偏振光讨论讨论下列光线的反射和折射（起偏角

）.自然光I0+线偏振光I1例：自然光I0与线偏振光I1同时垂直入射到偏振片P1上，P2绕轴转动，求出射光强度的变化。解：例：一束光是自然光与线偏振光的混合，当它通过一偏振片时，透射光的强度取决于偏振片的取向，可以变化5倍。求入射光中两种光的强度各占总入射光强度的比例。解：线偏振光自然光（C）用偏光镜消除了反射偏振光使玻璃门内的人物清晰可见（A）玻璃门表面的反光很强（B）用偏光镜减弱了反射偏振光19.4双折射现象1.双折射晶体入射光O光e光O光寻常光，e光非常光，二者均为线偏振光方解石晶体（CaCO3）方解石转动方解石eO光光固定屏幕二、光轴主平面主截面光轴：当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。例如方解石的光轴方向单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体光轴仅代表一个方向，与AB平行的线都是光轴AB光轴方解石(冰洲石)石英云母蓝宝石主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。主截面是由许多平行平面构成。实验表明，o光和e光都是线偏振光，

o光的振动垂直o光的主平面

e光的振动在e光的主平面内当入射光的入射面和晶体的主截面重合时（垂直晶体入射）

o光与e光的主平面相重合，

o光与e光的振动方向相互垂直。一般情况o、e光的主平面有一小夹角，仍可认为o、e光的振动面相互垂直oe2.惠更斯原理对双折射的描述O光、e光的波阵面e光：传播速度与方向有关O光：各方向的传播速度相等正晶体光轴负晶体光轴垂直光轴方向上，e光与O光速度差别最大光的传播速度取决于光矢量振动方向与晶体光轴的夹角正晶体：即的晶体，负晶体：即的晶体，如石英、碳、冰.如方解石、红宝石惠更斯作图法(负晶体为例)

光轴

界面，自然光正入射光轴自然光O光e光e光的速度等于O光速度光轴

界面，自然光正入射光轴自然光O光e光e光的速度大于O光速度光轴

界面，自然光斜入射光轴O光e光晶体光轴O光e光光轴与界面斜交，自然光正入射波射线

波法线

3.晶体偏振器件（自然光入射）自然光尼克耳棱镜玻璃n=1.655方解石光轴格兰—汤姆孙棱镜e光O光光轴沃拉斯顿棱镜两个由方解石制成的直角棱镜胶合而成五、晶体波片（线偏振光入射）晶体薄片，光轴平行于薄片表面光轴方向自然光o光e光负晶体光线正入射两束光出现固定的相位差—相干光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光光轴光轴光轴线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光椭圆偏振光线偏振光椭圆偏振光光轴平行椭圆的长轴或短轴光轴正椭圆偏振光圆偏振光光轴线偏振光的振动面转过2角19.5光偏振状态的检验第一步：用偏振片线偏振光，自然光，圆偏振光，部分偏振光，椭圆偏振光偏振片(转动)线偏振光I变、有消光圆偏振光自然光I不变部分偏振光

I变、无消光椭圆偏振光第二步：再用1/4波片+偏振片四分之一波片偏振片(转动)自然光圆偏振光自然光I不变线偏振光有消光椭圆偏振光线偏振光*有消光部分偏振光部分偏振光I变无消光第一步第二步令入射光通过偏振片I，改变I的偏振方向，观察透射光强变化。观察现象观察现象结论结论有消光线偏振光有消光圆偏振光无消光自然光强度无变化自然光或圆偏振光a.令入射光依次通过四分之一波片和偏振片II，改变II的透振方向P2，观察透光强度变化。有消光无消光椭圆偏振光部分偏振光强度有变化，但无消光部分偏振光或椭圆偏振光b.四分之一波片的光轴方向必须与光强度最大的方向相一致。19.6偏振光的干涉1.典型装置甲区：线偏振光，振幅A1，光强乙区：光轴方向o光e光线偏振光单色自然光I0光轴甲区丙区乙区两束线偏振光一束椭圆偏振光丙区：与晶体种类、波长、波片厚度有关单色自然光I0光轴甲区丙区乙区若P1与P2平行无附加相位差若晶体种类、波长确定—“等厚干涉”2.色偏振若白光入射：有的波长干涉相消，有的波长干涉相长，屏上呈现出一定的色彩，这种现象叫色偏振检验材料有无双折射效应分析物质内部的某些结构—偏光显微术例：一块厚0.025mm的方解石晶片，表面与光轴平行并放置在两个正交偏振片之间，晶片的光轴与两偏振片的偏振化方向均成450角。用白光垂直入射到第一块偏振片上,从第二块偏振片出射的光线中，缺少了那些波长的光。(假定为常数）解：光轴相干相消缺少的波长若两偏振片平行呢？例：单色光源S位于凸透镜C的焦点上，P为偏振片，L为四分之一波片，其光轴与P的偏振化方向成a角，M为反射镜。若入射到偏振片的光强为I0,求经过各光学元件后，光返回到透镜时的强度I。(不计吸收、散射等损耗)光轴解：线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光光轴半波损失例：双缝干涉实验中，若在缝S1后加一块玻璃，条纹如何变化？若将玻璃换成偏振片呢？若将P放在S后呢？若在S1和S2后各放一片偏振片呢？自然光19.7光弹效应和电光效应1.光弹效应2.电光效应a）克尔(j.Kerr)效应：b）泡克耳斯(F.Pockels)效应：硝基苯液体磷酸二氢钙晶体（KDP晶体）偏振光通过某些物质后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过一定的角度.旋光现象旋光物质