医用物理学 第2版 课件 11-3 波动光学

电磁波谱11.3.1自然光和偏振光设光振动（电场强度）的振幅为E,由波的强度可知经典物理证明：光是一定频率范围内的电磁波，是横波。称为光矢量振动称为光振动光的偏振进一步证实光是横波，因为纵波不存在偏振性。由于引起视觉和感光作用是电场，因此在讨论光时，不考虑磁场，只讨论电场。光的本质是什么？因此，光可以看做电场强度的振动在空间的传播。近代物理认为光具有：波粒二象性光子能量为xy在垂直于传播方向的平面内，所有可能1.自然光的方向都有光振动，而且没有一个方向较其它方向占优势。即在所有可能的方向上，光振动的振幅E都相等。太阳光及普通光源发出的光都是自然光。这是由于普通光源的发光机制决定的，将在激光一章中详细介绍。自然光是由大量的偏振光组成。②用任意两个相互垂直的光振动表示自然光，它们有相同的强度，都等于自然光强度的一半。自然光表示方法：对于自然光，可以把光矢量分解在两个相互垂直的方向上.注意：

①由于各方向光振动的振幅都相等，所以两个相互垂直的方向的选取是任意的。xy自然光的分解xy

一束自然光可分解为振动方向相互垂直、等幅的两束线偏振光。

或者说一束自然光可用两束振动方向相互垂直、等幅的线偏振光来表示。zxy2.偏振光光振动E在一个固定平面内只沿一个固定方向作振动。（又称为线或平面偏振光）zxy线偏振光的表示法：或线偏振光的表示法：平行于屏幕面振动垂直于板面振动振动面—光振动的方向与传播方向所构成的面为振动面。面对光的传播方向看面对光的传播方向看/video/av255150855/在垂直于传播方向的平面内，所有可能的方向都有光振动，但不同方向上光振动的振幅不相同，有一个方向光振动振幅最大，与之垂直的另一方向上光振动的振幅最小。部分偏振光的表示方法：3.部分偏振光平行于板面的光振动强垂直于板面的光振动弱。垂直于板面的光振动强平行于板面的光振动弱。部分偏振光的分解

部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的线偏振光。或者说一束部分偏振光等效于两束振动方向相互垂直、不等幅的线偏振光。偏振光、自然光和部分偏振光，在频率相同、强度相同条件下，人眼无法分辨！用来检测光是否为偏振光的过程称为检偏；所用装置称为检偏器。使自然光变成偏振光的过程称为起偏；所用装置称为起偏器。偏振片是最常用的起偏器和检偏器。我们身边的偏振光：彩虹是部分偏振光。水面反光（反射）是部分或线偏振光。玻璃反光（反射）是部分或线偏振光。地板、桌面、家具反光（反射）是部分偏振光。手机、计算器液晶显示是线偏振光。起偏器和检偏器统称偏振器一.偏振片

透明玻璃片具有二向色性的材料（如硫酸金鸡纳硷或电气石等）制成的簿膜二向色性:晶体对于相互垂直的2个光振动具有选择吸收的性质，称二向色性。偏振化方向又称为偏振器透射轴或透光轴！偏振片是最常用起偏振器和检偏振器.偏振化方向（透射轴）偏振片透射轴(偏振化方向)

：它只让振动方向与其偏振化方向相同的光通过，而不允许振动方向与其偏振化方向垂直的光通过.11-3.2偏振片的起偏与检偏马吕斯定律自然光偏振光偏振化方向（透射轴）允许竖直方向光振动通过，吸收了水平方向的光振动。

自然光经过偏振片后，变成了振动方向与偏振片偏振化方向相同的偏振光！I0

强度为入射自然光强度的一半。此时偏振片的作用是起偏，即为起偏振器。二.偏振片的用途A）起偏振器I0I0/2起偏--从自然光获得偏振光的过程B）检偏振器检偏--检查某束光是否是偏振光偏振光光的亮度不变化I0I0/2I0/2自然光偏振光转动偏振片，如果透射光的强度不发生变化，则说明入射光为自然光。变暗（消光）I0自然光I0/2I0/2起偏振器检偏振器转动偏振片，如果透射光的强度发生变化，并且出现消光现象，则入射偏振片上的是线偏振光。转动偏振片，如果透射光的强度发生变化，但不出现消光现象，则入射偏振片上的是部分偏振光。汽车车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜

防止对面来的灯光耀眼偏振光的应用三、马吕斯定律P1

若P1与P2的偏振化方向间的夹角不是0，也不是90度，则有没有光通过？是不是偏振光？光强为多少？自然光I0I0P2

实验证实：当入射偏振光与偏振片的偏振化方向为任意角度

时，仍然有光通过偏振片，透射出的光是线偏振光，其振动方向和偏振片的偏振化方向相同。EI0OE马吕斯定律：强度为I0的偏振光透过偏振片后强度变为

（

为入射的偏振光的振动方向与偏振片偏振化方向间的夹角）EI0OEOEE将入射到偏振片的线偏振光分解为平行和垂直于偏振片偏振化方向的分量，则平行于偏振片偏振化方向的分量能通偏振片，垂直分量不能通过。P1P2例：一束自然光，光强度为I0，让其入射两个偏振片，两个偏振片透射轴之间的夹角为450，求从第二个偏振片出射的偏振光强度。解：I0自然光I0/2已知：1和3之间的透射轴相互垂直.求：1和2之间的透射轴之间夹角分别为0、45°和90°时，从3输出光强.作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂13I02I主观题10分例1和3之间的透射轴相互垂直.13I02求I1和2之间的透射轴之间夹角分别为0、45°和90°时，从3输出光强.解1和2之间为0°时：从2输出的光振动方向与3的透射轴方向垂直，通不过，所以：I=01和2之间为90°时：从1输出的光振动方向与2的透射轴方向垂直，通不过，由于没有光通过2和3，所以：I=01和2之间为45°时：从2输出的线偏振光的强度为：两块偏振片的透射轴相互垂直，在它们之间插入两块偏振片，使相邻两个偏振片透射轴之间的夹角都为300.如果入射自然光的强度为I0，求通过所有偏振片后光的强度。作答正常使用主观题需2.0以上版本雨课堂3214I0主观题10分32例：两块偏振片的透射轴相互垂直，在它们之间插入两块偏振片，使相邻两个偏振片透射轴之间的夹角都为300.如果入射自然光的强度为I0，求通过所有偏振片后光的强度。14I0解：入射的自然光强度为I0，通过第一个偏振片后的光强为通过第二、第三和第四个偏振片后的光强I2、I3和I4分别为光在各向同性均匀介质界面的反射与折射11-3.3反射和折射时光的偏振布儒斯特定律一、反射和折射光中的偏振现象①反射光与折射光一般都是部分偏振光；②一般情况下，反射光中垂直入射面的振动强；折射光中平行于入射面的振动强；③反射光、折射光偏振化的程度随入射角的不同而不同。n2n1入射光线与界面法线所确定的平面为入射面。实验表明：二、布儒斯特定律

反射光为偏振光折射光为部分偏振光；

反射光与折射光互相垂直。n2n1

i0

为布儒斯特角或起偏振角；反射光成为垂直入射面线偏振光。折射光是部分偏振光。当入射角i等于一特定角i0

时，i0满足说明：/video/BV1TP4y1T7fP/n2n1由折射定律解决办法：多次反射和折射。玻璃堆：问题：1）反射光强度一般较小；2）折射光仍为部分偏振光。n2n1通过反射与折射获得偏振光n1n2n1n2入射角为布儒斯特角时：由布儒斯特定律：即：满足布儒斯特定律。例：自然光以60

的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知：折射光为线偏振光，折射角为30

；折射光为部分偏振光，折射角为30

；折射光为线偏振光，折射角不能确定；折射光为部分偏振光，折射角不能确定。ABCD提交单选题2分此题未设置答案，请点击右侧设置按钮例：一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图)，设入射角等于布儒斯特角i0，则在界面2的反射光

光强为零；是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；是线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；是部分偏振光。ABCD提交单选题2分此题未设置答案，请点击右侧设置按钮一、双折射现象自然光O光e光方解石双折射现象--同一束光线通过折射后分为两束的现象1）两束光均是偏振光:一束叫寻常光线（O光）一束叫非常光线（e光）2）O光遵守折射定律，而e光不遵守所知的折射定律。11.3.4光的双折射现象物质的旋光性及其在医学应用旋光现象---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。二、旋光现象

能产生旋光现象的叫旋光物质(如石英晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）；物质的这种性质称为旋光性。旋光仪---观察偏振光振动面旋转的仪器。1.晶体的旋光性线偏振光通过旋光晶体时，振动面转过的角度与晶体的长度成正比

旋光物质d式中

是与旋光物质及入射光波长有关的常量，称为该物质的旋光率;左旋物质：面对光的入射方向，使光振动面逆时针旋转的旋光物质（旋光率为负值，如天然氯霉素）。右旋物质：面对光的入射方向，使光振动面顺时针旋转的旋光物质(旋光率为正值，如葡萄糖溶液）；药物也有右旋与左旋之分，且右旋与左旋药物的临床疗效不同。生物物质也有左右旋之分。2.溶液的旋光性线偏振光通过溶液时振动面转过的角度除了与容液的长度成正比外，还与溶液的浓度成正比在制糖工业、医学检验、药物浓度测定中应用广泛各物理量的单位：旋光仪（或称为糖量计）就是根据