第十节光的偏振

1第四次课：2学时1题目：§10.10光的偏振性马吕斯定律§10.11反射光和折射光的偏振2目的：理解自然光、偏振光和部分偏振光的概念。了解偏振光的获得和检验方法。理解马吕斯定律和布儒斯特定律。一、引入课题：光波是特定频率的电磁波，在这种电磁波中，引起视觉效应和激起光化学作用的主要是电场矢量，因此，电场矢量又叫光矢量。由于电磁波是横波，对于电矢量，磁矢量具有单一对应关系且具有同步性，所以在讨论光振动时，从中任取一个即可。我们取电矢量代表光波，光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向垂直，光波的这一基本特征就叫做光的偏振。二、讲授新课：§10.10光的偏振性马吕斯定律(Polarizationoflight)一、线偏振光光矢量所在的平面表示光波的振动面，这种光振动只限于某一个确定的方向的光叫平面偏振光，亦称线偏振光。1线偏振光：光波中的光矢量(E)只沿单一方向振动的光称作线偏振光(linearpolarizedlight)。·面对光的传播方向看E播传方向振动面xo(a)(b)线偏振光的振动方向22振动面：由光矢量的振动方向和光的传播方向组成的面。若光矢量在振动面内，则线偏振光又称平面偏振光。3线偏振光的分解：线偏振光的光振动可沿两个相互垂直的方向分解。Ex=EcosEy=Esin依赖于x,y方向的选取。4线偏振光的表示法二、自然光(非偏振光)1普通光源发光的是自然光普通光源各原子发光是独立的，所发波列的振动方向间没有必然的关系(振动方向随机)。普通光源发出的光波中包含了所有方向的光振动，没有优势方向。所以普通光源所发的光是自然光(naturallight)又称非偏振光(nonpolarizedlight，unpolarizedlight)。自然光各方向振动间没有必然的相位关系，不能相互抵消。EEyExyxo线偏振光的分解·····光振动垂直板面线偏振光的表示法光振动平行板面(a)自然光(b)自然光的分解32自然光的分解自然光的光振动可分解为两个振动方向相互垂直的、振幅相等的、无固定相位差的振动。一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。Ex=Ey其数值与x、y方向选择无关。总光强I=Ix+Iy—非相干叠加Ix=Iy=(1/2)I3自然光表示法三、部分偏振光(partialpolarizedlight)1部分偏振光部分偏振光是彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上的振幅不同的大量光振动的组合。2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、振幅不等的、无固定相位差的线偏振光3部分偏振光的表示···自然光的表示法(b)部分偏振光的分解(a)部分偏振光部分偏振光及其分解44偏振度(degreeofpolarization)对于上述部分偏振光，其偏振度可如下定义：让光束垂直入射到偏振片(见后)上，以光束传播方向为轴，旋转偏振片，测出透过偏振片的最大光强Imax和最小光强Imin，则偏振度为线偏振光(属完全偏振光)P=1自然光(非偏振光)P=0部分偏振光0P1按偏振状态，光可分为：完全偏振光、部分偏振光和非偏振光三类。完全偏振光有线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光三种(后两种待讲)。部分偏振光是完全偏振光与非偏振光的混合(非相干叠加)。前面讲的部分偏振光只是线偏振光与非偏振光的混合。四、偏振片、起偏和检偏1起偏：由自然光获得偏振光称起偏。起偏的原理：利用某种形式的不对称性：物质的二向色性――只对某一方向的光振动有强烈吸收光的反射和折射；光的散射；光在晶体上的双折射…。·····部分偏振光的表示法P＝Imax-IminImax+Imin52起偏器(polarizer)：相应的光学器件。.偏振片(Polaroid)是由自然光获得线偏振的平面片状器件。它利用晶体的二向色性(dichroism)起偏。可把硫酸碘奎宁的针状粉末定向排在透明的基片上或把富含自由电子的碘附着在拉伸的塑料薄膜上制成偏振片。3用偏振片起偏出射光强I=(1/2)I0偏振片的偏振化方向指透振方向。4检偏：用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称检偏。所用器件称检偏器(analyzer)，起偏器既可“起偏”又可“检偏”。检偏方法：设入射光(待检光)可能是自然光、线偏振光或部分偏振光(设由线偏振光与自然光混合而成)，用偏振片来区分它们：以光线为轴转动P，如I不变—待检光是什么光?如I变且有消光—待检光是什么光?如I变且无消光—待检光是什么光？···非偏振光线偏振光光轴电气石晶片非偏振光I0线偏振光I···P偏振化方向(透振方向)用偏振片起偏I?P待检光用偏振片检偏6五、马吕斯定律(Maluslaw)线偏振光通过偏振片P前后的光强关系：I=I0cos2振幅矢量图：面对光的传播方向看E=E0cosI=I0cos2=0，I=Imax=I0=/2，I=0—消光(extinction)例10－3两偏振片的偏振化方向之间夹角为п/6，如入射自然光的的强度为I0,试求透过两偏振片后的光强。解：自然光I0经过起偏片后，其光强为I1经过起偏片后，其光强为I0IPE=E0cosPE0马吕斯定律1012II22210013coscos268IIII