第五章光的偏振线偏振光和部分偏振光

5.2.1偏振片的起偏和检偏1、起偏器：把自然光变成为线偏振光的仪器。§5.2线偏振光和部分偏振光起偏：从自然光获得线偏振光的过程称为起偏。二向色性:某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质称二向色性.偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片.偏振化方向：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或透振方向，也叫透光轴.1P自然光I0线偏振光I偏振片的起偏偏振化方向的图示符号•自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同。此时的偏振片称为起偏器。021II自然光通过起偏器后的光强2、检偏用偏振片分析检验光的偏振态过程称为检偏用来检验光的偏振态的装置称为检偏器。检偏器检偏起偏器当P1//P2时，0透射光最强当P1P2时，2透射光最弱（为零），称为消光现象P1P2②自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到不同方向的偏振光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化。①如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动方向成90°角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现象。③如果入射的是部分偏振光，则转动偏振片时，视场中光强有变化，但不十分明显，无消光现象。偏振片转一周消光线偏光部分偏光强度改变无消光自然光强度不变透光轴光强为I0的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方向的成α角时，则透过偏振片的光强为：20cosII注意两点：①入射光必须是线偏振光，不是自然光；②是与cos2α正比，而不是与cosα正比。5.2.2马吕斯定律AI0I证明：ON1表示入射线偏振光的振动方向，ON2表示检偏器的透光轴方向，两者的夹角为α.入射线偏振光的光矢量振幅为E0，将此光矢量沿ON2及垂直于ON2的方向分解为两个分量，它们的大小分别为E0cosα和E0sinα，其中只有平行于检偏器透光轴方向ON2的分量可以透过检偏器.由于光强和振幅的平方成正比，所以透过检偏器的透射光强I和入射线偏振光的光强I0之比为220200(cos)cosEIIE20cosII即例14.2要使一束线偏振光通过偏振片后振动方向转过90°，至少需要让这束光通过几块理想偏振片？在此情况下，透射光强最大是原来光强的多少倍？解：至少需要两块理想偏振片(如图右所示).其中P1透光轴与线偏振光振动方向的夹角为α，第二块偏振片透光轴与P1透光轴夹角为(90°－α).设入射线偏振光原来的光强为I0，则透射光强22222000coscos(90)cossinsin24IIII当2α＝90°，即α＝45°时，.0max4IIII0I)cos()sin(cossin2)sin(cossin2)tan()tan(`)sin()sin(`21211212211212212111212111iiiiiiAAiiiiAAiiiiAAiiiiAAppssppss5.2.2反射光和透射光的偏振态1．菲涅耳公式当一束自然光在两种介质的界面上反射和折射时，反射光和折射光的传播方向由反射和折射定律决定。而反射光和折射光的振幅则由菲涅耳公式决定。11spAA对于入射的自然光：As1Ap1Ap2A`p1As2A`s1i1i`1i2On1n2'tan(),tan()ppAiirAiip112112,)sin()sin('2121iiiiAArs1s1s'tan()tan()ppAiiAii112112)cos()sin()cos()sin(21212121iiiiiiii若不考虑方向，则有：)cos()cos(''21211111iiiiAAAAsspp当i1＝0或i1＝90的两种情况下，有：1)cos()cos(2121iiii因此1111''ssppAAAA对于自然光，11spAA因而有：11''spAA即当入射角为0或90时，入射自然光，反射光仍然为自然光。除i1＝0或90外的任何角度入射时，都有：)cos(|)cos(|2121iiii根据：)cos()cos(''21211111iiiiAAAAsspp因此有：1111''ssppAAAA对于自然光，11spAA|'||'|11spAA则反射光为部分偏振光（垂直于入射面的光振动占优势）。由此可见，当入射角为0或90时，入射自然光，反射光仍然为自然光。入射角为其它角度时（全反射时除外），反射光则为部分偏振光（垂直分量多于平行分量）。ii·········n1n2'tan(),tan()ppAiirAiip112112由菲涅耳公式：当02190ii时,分母为无穷大,,0pr由于Ap10，则必有0'1pA即反射光中没有P分量，只有S分量。则反射光成为线偏振光(电矢量的振动方向垂直于入射面的)。,)sin()sin('2121iiiiAArs1s1s反射光能否成为线偏振光呢？01s'A把此时的入射角i1记为i10，则有：i10+i2=90o10101021010212sinsinsintancossincos2iiiniiini其中利用了折射定律，22101isinnisinn2．布儒斯特定律（1815年）当入射角i1达到某一角i10时，且有1210nnitan反射光中只有光振动垂直于入射面的线偏振光，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。i10称为布儒斯特角或起偏角。推论：反射光线与透射光线垂直10i10i1n2n2i2.虽然反射光是垂直于入射面的线偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量15%,即反射偏振光非常微弱.1.当入射角为布儒斯特角(起偏角)i10时，折射光是偏振化程度最强部分偏振光，但并非线偏振光.注意：推论：根据光的可逆性，当入射光以角从介质入射于界面时，此角即为布儒斯特角.2i2n2i1n2i2i2n玻璃10i21021102itan)iπtan(nnicot若将一束自然光以布儒斯特角入射到n片相互平行的透明介质板上，折射光中的S分量在每个界面上都将反射掉一部分，而与入射面平行的P分量都不被反射，全部透射。当透明介质板足够多时，从介质堆透射出来的光就近似为平行于入射面的线偏振光，而光强可近似达到入射自然光的50％。．．．．．．．．．．．．．．．．．．玻璃片堆的反射起偏和透射起偏10i讨论讨论光线的反射和折射(起偏角)10i10i10i10iiii例5.1：将两偏片P1与P2共轴放置，用强度I1的自然光和I2的平偏光同时垂直入射到P1上，从P1透出后又射到P2上。（1）P1放置不动，将P2以光线方向为轴转一周，光强如何变化？（2）欲使光强最大，如何放置P1和P2？P1I1P2I2''I1'I2''I2'I1则从P1出射的光强解：设P1、P2的偏振化方向夹角为入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方向夹角为对自然光：'II1112''cosII21112P1I1P2I2''I1'I2''I2'I1线偏振光：222cos'II2222coscos''II因和是非相干光，光强直接相加求和.''''21III2221cos)cos21(II即观察到的光强随P1的转动而周期性变化0时maxII时I0P1I1P2I2''I1'I2''I2'I12(2)欲得到最大光强，须同时满足00则maxIII1212先调//,同时转动,.使透射光强达到最大.P12PP12PP1I1P2I2''I1'I2''I2'I100例2：将一偏振片沿45°角插入一对正交偏振片之间，自然光经过它们，强度减为原来的百分之几？P1P2P3I1I2