大学物理(下)24光的偏振

1光的偏振——获得线偏振光的方法大学物理（下）第二十章光的偏振§20.1获得线偏振光的方法§20.2双折射3光的偏振——获得线偏振光的方法电场强度矢量在光与物质相互作用的过程中起主要作用，因此将电场强度矢量称为光矢量。XYZEHu光是一种电磁波；电磁波中振动的物理量是变化的电场和磁场；电磁波是横波；光的偏振证明光是横波在垂直于光传播方向的平面内，光矢量可能有各种不同的振动状态，这种振动状态通常称为光的偏振态。第二十章光的偏振4光的偏振——获得线偏振光的方法常见偏振态有五种：1.自然光2.线偏振光3.部分偏振光4.椭圆偏振光5.圆偏振光1.自然光：在与传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，并且各方向光矢量的振幅相同，位相无确定的关系。§20.1获得线偏振光的方法§20.1.1光的偏振态5光的偏振——获得线偏振光的方法1.自然光：ZXYjEyiExE在与传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，并且各方向光矢量的振幅相同，位相无确定的关系。特点：yxIIIIIIyx21自然光的图示法：6光的偏振——获得线偏振光的方法2.线偏振光：光矢量沿一个固定的直线振动。也称为平面偏振光或完全偏振光。uZE线偏振光的图示法：振动面平行黑板面振动面垂直黑板面3.部分偏振光：在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，但各方向光矢量的振幅不同，位相无确定的关系。7光的偏振——获得线偏振光的方法3.部分偏振光：在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均等，但各方向光矢量的振幅不同，位相无确定的关系。部分偏振光的图示法：特点8光的偏振——获得线偏振光的方法部分偏振光的图示法：特点4.椭圆偏振光和圆偏振光：相当于两个相互垂直的光振动的合成（二者有确定的位相关系）ZEZE在与光的传播方向垂直的平面内，光矢量按一定的频率旋转，其端点的轨迹为椭圆或圆周。右旋椭圆偏振光左旋圆偏振光返回9光的偏振——获得线偏振光的方法起偏和检偏的一般方法：①偏振片的起偏和检偏②反射和折射的起偏和检偏③晶体的双折射的起偏和检偏起偏：让自然光通过某装置获得线偏振光的过程叫起偏。检偏：通过某装置检查某光是否为线偏振光的过程叫检偏。该装置叫起偏器。该装置叫检偏器。1.偏振片的起偏与检偏：是在透明薄片上蒸镀一种特殊晶粒，该晶体仅允许某一方向的光振动通过,而将与这个方向垂直的光振动吸收（二相色性），偏振片：该方向叫偏振化方向。§20.1.2起偏和检偏10光的偏振——获得线偏振光的方法0I02I02I0II起偏器1P检偏器2P21//PP0I0I21PP0I02I一般情况下I=？11光的偏振——获得线偏振光的方法§20.1.3马吕斯定律：0I02I?I20cosIIcos0//EE2EI①当=0,1800时,I=I0，两个光强最大位置②当=900,2700时,I=0，两个消光位置③当为其它值时,0II0起偏器1P检偏器2P0E//EE偏方返回12光的偏振——获得线偏振光的方法通过偏振片检查入射的光为哪一种光？光强由I00I0光强发生强弱变化但不出现消光位置自然光线偏振光部分偏振光I0I020I光强不变13光的偏振——获得线偏振光的方法21PP1P2P0I0I3P1P2P•思考14光的偏振——获得线偏振光的方法例1:自然光强度I0，连续通过4块偏振片，相邻两块偏振片偏振化方向夹角30°，忽略光的吸收，求：透射光强度。0I3I1I2I4I0121II212cosII223cosII234cosII60cos21I60)23(21I021.0I解：15光的偏振——获得线偏振光的方法光强为I0的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3，光强变为I0/8，已知P1P3，问：P1、P2间夹角如何？解：P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2201II212cosII22223sin2cosIII8sincos20220II45例2：12sin16光的偏振——获得线偏振光的方法例3：一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的5倍，求入射光中自然光与线偏振光的强度之比。解：设自然光强度I0，10max21III2110II线偏振光强度I10min21II5minmaxII1P1I0I17光的偏振——获得线偏振光的方法§20.1.4反射光和折射光的偏振0ii2n2n线偏振光0090i120tannni布儒斯特定律120sinsinnni1200cossinnnii部分偏振光垂直入射面振动的成分多平行入射面振动的成分多反射光折射光1n1n布儒斯特角返回18光的偏振——获得线偏振光的方法21tannn1n1n2n0i平行玻璃板上表面的反射光是线偏振光120tannni上表面的折射角等于下表面的入射角900i通常玻璃的反射率只有7.5%左右，反射光为线偏振光，但光强较弱；折射光光强较强，但为部分偏振光。怎样获得较强的反射线偏振光？下表面的反射光……0cottani21nn也是线偏振光19光的偏振——获得线偏振光的方法0i欲使反射光强度增强，可以使用玻璃片堆当玻璃片足够多时，反射光的强度加强；透射光也逐渐变成线偏振光，偏振化方向与反射线偏振光的垂直。20光的偏振——获得线偏振光的方法例4：求：解：空nni0tan60tan利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。空nn自然光以的角由空气入射一折射率为n的不透明媒质中，若反射光为完全偏振光60①折射光的性质②折射角=？③该种媒质的折射率n=？①折射光为部分偏振光②900i30③n600i0i321光的偏振——获得线偏振光的方法画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振态1n2n1n2n0i1n2n0i1n2n例5：0i1n2n1n2n22光的偏振——获得线偏振光的方法小结：1、光的偏振态（1）自然光：IIIyx21（2）线偏振光：uZE23光的偏振——获得线偏振光的方法（3）部分偏振光：2、起偏和检偏是在透明薄片上蒸镀一种特殊晶粒，该晶体仅允许某一方向的光振动通过,而将与这个方向垂直的光振动吸收（二相色性），偏振片：该方向叫偏振化方向。起偏：让自然光通过某装置获得线偏振光的过程叫起偏。检偏：通过某装置检查某光是否为线偏振光的过程叫检偏。24光的偏振——获得线偏振光的方法0I02I?I20cosII3、马吕斯定律25光的偏振——获得线偏振光的方法4、布儒斯特定律布儒斯特角0i2n1n线偏振光1n0090i120tannni返回26第二十章光的偏振§20.2双折射光的偏振——双折射返回27动光学双折射现象波动光学§20.2.1光的双折射现象nisinsin恒量i玻璃n折射定律方解石晶体光的偏振——双折射§20.2双折射28ioe寻常光非常光oe方解石晶体两束光折射光中另一条不遵循折射定律----称为非常光线（e光）一条总是遵循折射定律----称为寻常光线（o光）(始终在入射面内)oni0sinsin为常数ono光、e光都是线偏振光。（不一定在入射面内）eenisinsin不是常数en注意：o光、e光只在晶体内部才有意义。光的偏振——双折射29各向同性媒质：各向异性媒质：例：石英、方解石、水晶、玉石……例：水、玻璃1、媒质的分类：§20.2.2对晶体的双折射的分析cnno=常数ne≠常数可见，在各向异性的媒质内，o光沿各个方向传播的速率都相同；e光沿不同方向传播的速率不同这是产生双折射的原因光的偏振——双折射光在媒质中沿各个方向传播的速率相同。光在媒质中沿各个方向传播的速率不同；不同偏振态的光在媒质中的传播特性不同。302、关于晶体双折射的一些基本概念光轴:注意：光轴标志一个特定的方向，而不是指哪一条特定的直线。双轴晶体：云母、蓝宝石…单轴晶体：石英、方解石…由晶体的光轴与表面法线决定的平面称晶体的主截面。主截面：102AB光轴102102法线晶体中光沿某固定方向传播时，o、e光速率相同，无双折射现象。称该方向为晶体的光轴。方解石晶体光的偏振——双折射31主平面：由光轴与折射光线决定的平面称该光线的主平面。o光振动方向垂直于o光的主平面。e光振动方向平行于e光的主平面。当光线沿主截面入射时，入射面、o光主平面、e光主平面、主截面四面重合。oeZ在晶体内部：o光沿各方向的传播速率相等，任意时刻的子波波面都是球面；e光沿各方向的传播速率不相等。任意时刻的子波面是以光轴为轴的旋转椭球面。3、惠更斯原理对晶体双折射现象的解释返回光的偏振——双折射