11光的偏振

理解自然光與偏振光的區別;理解布儒斯特定律和馬呂斯定律;瞭解雙折射現象;瞭解線偏振光的獲得方法和檢驗方法.第十一章光的偏振教學基本要求主要討論：什麼是偏振光？怎樣產生偏振光？以及偏振光的強度計算等。光的波动性光的干涉、衍射.光波是横波光的偏振.第十一章光的偏振光波是一种电磁波，是变化的电场与变化的磁场在空间的传播过程。在光传到的每一点都有一振动的E和H，且E和H相互垂直，都和光的传播方向垂直。Ev0H光矢量振动面偏振面波动有横波与纵波之分。横波区别于纵波的主要特点是振动方向对于传播方向不具有轴对称性。即在垂直于波传播方向的平面来看，横波的振动矢量偏于某一方向，而纵波的振动矢量则在传播方向，即纵波具有绕传播方向的对称性。横波的这一特性也叫偏振性。根据这一特性可鉴别一具体波动的类型。机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝偏振—振动方向对于传播方向的不对称性，即在波的传播方向上包含光矢量E的平面与不包含E的平面不同。偏振现象是横波与纵波最明显的区别，只有横波才有偏振现象。五种偏振态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光光矢量：电磁波的电场强度矢量E。偏振态：光矢量的振动状态。光振动：光矢量E的振动。一自然光偏振光1、自然光：由光源的发光机制可知，一般光源发出的光，在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光振动，且各个方向光矢量的振幅都相等，这样的光叫自然光.自然光可以分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方向相互垂直的两个光矢量，这两光矢量的光强等于自然光光强的一半。vE§1自然光和偏振光注意由于自然光中各个光振动是相互独立的，所以相互垂直的两个光矢量之间并没有恒定的相位差，不能合成为一个单独的矢量。两个互相垂直方向是任选的.自然光的表示：表示垂直于纸面的光振动表示纸面内的光振动(1)光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直，在与传播方向垂直的平面内可能有各式各样的振动状态。2、偏振光（线偏振光）(2)如果光在传播过程中，电矢量的振动只限于某一确定平面内，则这种光称为平面偏振光。(3)由于平面偏振光的电矢量在与传播方向垂直的平面上的投影为一条直线，此时光矢量只沿某一固定方向振动，又称为线偏振光。偏振面vE偏振面：偏振光的振动方向与传播方向组成的平面。线偏振光的表示：表示振动方向在纸面内的线偏振光表示振动方向垂直纸面的线偏振光偏振面vE(4)自然光经过偏振器后，可以转变成（线或平面）偏振光,（线或平面）偏振光可以用两个相位相同的，振动相互垂直的两列光波的叠加来描述。3、部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内，各方向都有光振动，但振幅不等的光。即某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光。vE纸面内的振动较强的部分偏振光垂直纸面的振动较强的部分偏振光二偏振片起偏与检偏偏振化方向：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.021I偏振化方向0I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.检偏器偏振片的作用：起偏与检偏起偏：自然光通过偏振片后变为线偏振光检偏：利用偏振片检验光线的偏振化方向起偏器自然光偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化,怎样变？两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零。检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强怎么变？.....自然光.....光强无明暗变化。（此光强为入射光强的一半）检偏器起偏器0IIA0ANMcos0AA22020cosAAII20cosII马吕斯定律NMA0AO§2马吕斯定律20cosII讨论：3、此定律只适用于没有光吸收的理想偏振片。I0=I=0当1、，π时，，光强最强。0=I时，当2，光强最弱。2、如入射光为自然光时，20II马吕斯定律强度为的偏振光通过检偏器后,出射光的强度为0I20cosII例1有两个偏振片,一个用作起偏器,一个用作检偏器.当它们偏振化方向间的夹角为时,一束单色自然光穿过它们,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.30601I2I21II10I20I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.220I210I经过检偏器后30cos22101II60cos22202II3130cos60cos222010II21II例2一束自然光入射到相互重叠的四块偏振片上，每块偏振片的偏振化方向相对前面一块偏振片沿顺时针（迎着透射光看）转过角。问入射光中有百分之多少透过这组偏振片？30解：设入射光的光强为0I，透过第一、二、三、四块片振偏后的光强分别为。4321,,,IIII则,cos,221201IIII所以，入射光的21%能透过偏振片组。40223cos2cosIII06023421.0cos2cosIIII212cosII3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II20cos2I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.3I31p,p2p2p3p0I1p讨论)2π(cos223II202cos2II220223sincos21sinIII2sin81203II若在间变化，如何变化？π2~03I0,2π3,π,2π,03I8,4π7,4π5,4π3,4π03II0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p空气i1n入射面入射光线和法线所成的平面.反射光部分偏振光，垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动.折射光部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动.理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关.i光反射与折射时的偏振玻璃2n问题：怎样获取完全偏振光的反射光？§3反射光和折射光的偏振布儒斯特定律（1812年）0i0i1n玻璃2n0空气120tannni当入射角为某特定值时，反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。即：－－布儒斯特定律称为布儒斯特角或起偏角0i00120cossintaniinni00cossini200i由折射定律120tannni0i0i1n玻璃2n0空气0201sinsinnin（1）0201cossininin（2）)2πcos(0结论：当入射角为起偏角时，反射光和折射光互相垂直.讨论2n玻璃120tannni00210tan)2πtan(cotinni1n00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.002n0i0i1n玻璃2n0i0说明：（2）对于一般的光学玻璃，大部分光将透过玻璃，所以反射光光强较弱，折射光光强较强。（3）让自然光以布儒斯特角入射，并连续通过许多玻璃片，入射光在各层玻璃面上经过多次的反射和折射，不仅可使线偏振光的反射光的能量加强，而且也可使折射光的偏振化程度增加。当玻璃片足够多时，也可使折射光成为线偏振光.（1）时，反射光为线偏振光，而折射光仍然是部分偏振光，但此时其偏振化程度高。0ii注意利用玻璃片堆产生线偏振光0i0i0i0iiii讨论讨论下列光线的反射和折射（起偏角）.0i0i0i1n1空气例3一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角，问在界面2的反射光是什么光？0i玻璃2n2注意：一次起偏垂直入射面的振动仅很小部分被反射（约15%）,所以反射偏振光很弱。一般应用玻璃片堆产生偏振光。0一束光在两种各向同性介质的分界面上发生折射时，只有一束折射光，且在入射面内，其方向由折射定律决定。12sinsinnni恒量光波在光学各向同性介质（空气、水、玻璃）中传播时，光速与光的传播方向和偏振状态无关，但在光学各向异性介质（方解石、石英）中传播时，光速与光的传播方向和偏振状态有关。§4光的双折射现象i1ni玻璃2n寻常光线（O光）：恒遵守通常的折射定律的光线。非常光线（e光）：不在入射面内，不遵守通常的折射定律，且随入射光的方向而变化的光线。O光和e光都是线偏振光，但振动方向不同。产生双折射现象的原因：由于O光和e光在晶体中的传播速度不同。O光在晶体中各个方向的传播速度相同，而e光的传播速度却随方向而变化。双折射现象：当一束光线射向各向异性介质时，它的折射光线常分为传播方向不同的两束折射光线，这种现象称为晶体的双折射现象。