大学物理光的偏振

第24（10）章光的偏振光的偏振所谓偏振是指：光矢量总是与光的传播方向垂直的特性。事实上就是电磁波的横波性光实质上是电磁波，电磁波都是横波。通常把光波中的电场强度称为光矢量。E对确定的传播方向，光矢量可能的方向并不唯一。光矢量传播方向光矢量振动方向光的偏振本章主要内容§24-1光的偏振状态§24-2线偏振光的获得与检验§24-3反射和折射时光的偏振§24-1光的偏振状态偏振态——光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布）非偏振光——自然光光矢量角分布均匀在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定的相位关系。非偏振光完全偏振光部分偏振光通常光有三类不同的偏振态：各原子发出的波列是随机的(振动方向、初相、频率)，由于我们的观察时间一般比原子每次的发光时间（10-8）长得多。因此在观测时间内，实际接收到的是大量的波列，各方向都有，呈轴对称性。普通光源发出的光都是非偏振光。光矢量角分布均匀自然光示意图所有光矢量的强度在任意两个垂直的方向上的分量之和相等。即，自然光可用两个垂直的振幅相等的光振动（无相位关系）来表示。光矢量投影)21(自然光IIIyx完全偏振光线偏振光光矢量有单一的振动方向线偏振光示意图偏振面在垂直于传播方向的平面上，光矢量E只沿一个固定的方向振动,这种光叫线偏振光.椭圆偏振光和圆偏振光yzxyzEO光矢量均匀转动（以光的频率）轨迹为椭圆或圆实际为相差为/2两垂直方向线偏振光的合成..左旋光右旋光分椭圆偏振光:光矢量E在沿着光的传播方向前进的同时,还绕着传播方向均匀转动.如果光矢量的大小不断改变(不变),使其端点描绘出一个椭圆(圆).部分偏振光partialpolarizedlight光矢量振动方向的角分布不均匀部分偏振光示意图光矢量投影自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见§24-3部分偏振光可视为自然光与线偏振光的叠加。=+§24-2线偏振光的获得与检验1.线偏振光的获得与检验光矢量能够通过的那个振动方向称为通光方向或偏振化方向。线偏振光的获得自然光通过偏振片可以获得线偏振光。偏振片用于获得线偏振光时称为起偏器。二向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。自然光I0线偏振光I=I0/2自然光I0线偏振光I=I0/2线偏振光I’I偏振片—能够吸收一个方向的光矢量而让另一个与其垂直的光矢量通过，从而获得线偏振光的器件。偏振片用于检验偏振状态时称为检偏器。线偏振光的检验转动用于检验的偏振片观察透射光。当其偏振化方向与入射的线偏振光振动方向垂直时，透射光强为零，即出现消光现象。如果有消光，则表明入射光为线偏振光；否则，不是线偏振光。如果入射检偏器的光是自然光或者部分偏振光，转动检偏器一周，透射光又如何？1P2PP2旋转一周,光强出现两次最强,两次消光.2.马吕斯定律0AA2P1P入射的线偏振光振动方向与检偏器P2的通光方向成任意角时，出射光的强度为多大？cos0AA设入射线偏振光(I0)光矢量的振幅为A0，通过P2的光矢量振幅为A。因检偏器只允许P2方向的光矢量振动分量通过，故有Malus定律1809年实验20cosII相应的光强关系为1P2P0I?I自然光I[例]光强为I0的自然光通过通光方向相互垂直的两块偏振片。现将第三块偏振片插入此两偏振片之间，并令其通光方向与第一块偏振片的通光方向成角，求透过第二块偏振片P2的光强。解：透过第一块偏振片的光强为201II透过第三块偏振片的光强为20212cos2cosIII透过第二块偏振片的光强为2sin8cossin22cos20220223IIIIP1P3P2自然光可以用两个相互垂直的振幅相等的光振动(线偏振光)来表示.§24-3反射和折射时光的偏振实验表明：当自然光在两种各向同性的介质分界面上反射和折射时，反射光和折射光的偏振态将发生变化：r00ii1n2niir一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光。（湖光）当为特定角时，反射光为线偏振光，且光矢量垂直于入射面（折射光仍为部分偏振光），该特定角满足0ii——布儒斯特（起偏)角0i120tannni1812年实验中得到，称为布儒斯特定律。120tannnir00ii1n2n的等价条件为：120tannni反射光线垂直于折射光线，即。20ririnniiisinsincossintan0120002sincos00riri光的电磁理论建立后，布儒斯特定律可以从该理论推导出来：设垂直于入射面的光矢量称为s光；平行于入射面的光矢量称为p光。理论上导出s光和p光的能量反射率分别为)(tan)(tan,)(sin)(sin2222ririRririRps)(tan)(tan,)(sin)(sin2222ririRririRps当时，，即反射光的p光强度为零，反射光只有s光，为线偏振光。折射光中也包含s光（因Rs1），故折射光为部分偏振光。2ri0,0spRR%4%15%1005.10.121nnsRpR9081560（空气）（玻璃）r00ii0.11n5.12ns%15ps%100%85由一块玻璃片得到的线偏振光是很微弱的，为了获得足够强的线偏振光，应用玻璃片堆。玻璃片堆反射光和折射光的偏振性的应用：海面上的强烈反射光是部分偏振光（垂直入射面的振动较强）或者线偏振光（振动方向垂直于入射面），这使得照相机所拍摄的景物不清楚，在镜头上加一个偏光镜（偏振片）来消除它。（C）用偏光镜消除反射偏振光，使玻璃门内的人物清晰可见（A）玻璃门表面的反光很强（B）用偏光镜减弱反射偏振光例1：一束自然光从空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布儒斯特角，则在界面2的反射光为（）A)自然光B)线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面C)线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面D)部分偏振光B12本章结束TheEndofThisChapter