大学物理(37)

主讲:罗婷婷光的干涉光的衍射光的偏振波动光学2光程差与相位差1122rnrn2)12(kk明暗干涉条纹明暗条件最大光程差sina衍射条纹明暗条件2)12(kk明暗马吕斯定律212cosII布儒斯特定律21120nnntgi2/00ri双折射现象O光、e光波动光学小结自然光：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量，且在所有可能的方向上振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光.光的偏振一.自然光和偏振光20IIIyx2222IAAxxixIAAyyiy①若沿某一方向的光振动优于其他方向，则谓之部分偏振光。②若只有沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光。偏振光1cos()xxAt椭圆偏振光和圆偏振光偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性。偏振器透光轴自然光偏振光二.起偏和检偏马吕斯定律1、起偏：把自然光变成偏振光。自然光通过这种晶体薄片后，只剩下一个方向的振动，而另一个方向的振动则被吸收。这种晶体薄片就可做偏振片。•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。•偏振片上允许通过光振动的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫透光轴。2、偏振片的偏振化方向•若入射自然光的光强为I0，其通过偏振片后，光强降为I0/2。0I021I①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。偏振片转一周消光线偏光部分偏光强度变，无消光自然光强度不变透光轴3、自然光、偏振光、部分偏振光的检验②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。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：2cosOII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。4、马吕斯定律AI0II0IP线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解sincosEEEEyxPE0E=E0cos检偏器透射轴线偏振光振动方向2020EEII220220cosEcosE1、反射光和折射光的偏振三.反射光和折射光的偏振在一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光。n2n1ir反射光中是垂直入射面的E矢量占优势，在折射光中则是平行入射面的E矢量占优势。反射光、折射光的偏振化程度随入射角i而变。2．布儒斯特定律①当入射角为某角度i0，即满足120nntgi时，反射光中只有垂直入射面的Ε矢量而成为线偏振光，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。②使反射光成为全偏振光时的入射角i0称为布儒斯特角。n2n10i0r③当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相垂直，即有2/00i1、双折射现象当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生两束折射光。这就是双折射现象。如果将光束正入射在方解石上，并将方解石围绕着入射光束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。2、寻常光(ordinaryoptics(o光))和非寻常光(especialopticse光)在两折射光束中有一束光遵守普通的折射定律，称为寻常光(o光)。常数12sinsinnni不管入射光束方位如何，o光总在入射面内。oeo四.光的双折射现象注意：o光和e光只有在双折射晶体的内部才有意义。常数12sinsinnni另一束光不遵守普通的折射定律，称非常光(e光)。即使入射角为0，折射角也不等于0，而且e光往往不在入射面内。o光和e光都是线偏振光。eoo练习37光的偏振1.在双缝干涉实验中，用单色自然光，在屏上形成干涉条纹．若在两缝后放一个偏振片，则(A)干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强．(B)干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱．(C)干涉条纹的间距变窄，且明纹的亮度减弱．(D)无干涉条纹．［］•若入射自然光的光强为I0，其通过偏振片后，光强降为I0/2。2.一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图)，设入射角等于布儒斯特角i0，则在界面2的反射光(A)是自然光．(B)是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面．(C)是线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面．(D)是部分偏振光．［］i012布儒斯特定律①当入射角为某角度i0，即满足120nntgi时，反射光中只有垂直入射面的Ε矢量而成为线偏振光，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。②使反射光成为全偏振光时的入射角i0称为布儒斯特角。③当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相垂直，即有2/00i3.一束平行的自然光，以60°角入射到平玻璃表面上．若反射光束是完全偏振的，则透射光束的折射角是__；玻璃的折射率为__．n2n10i0r解：使反射光成为全偏振光时的入射角i0称为布儒斯特角。当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相垂直，即有根据布儒斯特定律数学表达式：22021331nntginn12nn表示入射光所在媒质的折射率表示折射光所在媒质的折射率000/230i折射率为：73.1sinsin00in或者由折射定律1200sinsinnni4.在光学各向异性晶体内部有一确定的方向，沿这一方向寻常光和非常光的____________相等，这一方向称为晶体的光轴．只具有一个光轴方向的晶体称为______________晶体．晶体内存在一个特殊方向，当光在晶体中沿此方向传播时，不发生双折射现象，此特殊方向称为晶体的光轴。双折射现象：当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生两束折射光。这就是双折射现象。在两折射光束中，有一束光遵守普通的折射定律，称为寻常光(o光)。不管入射光束方位如何，o光总在入射面内。常数12sinsinnni常数12sinsinnni另一束光不遵守普通的折射定律，称非常光(e光)。即使入射角为0，折射角也不等于0，而且e光往往不在入射面内。eo注意：o光和e光只有在双折射晶体的内部才有意义。o光和e光都是线偏振光。一般晶体只有一个光轴，称为单轴晶体，例如冰洲石、石英、红宝石等；5.有两个偏振片叠在一起，其偏振化方向之间的夹角为45°．一束强度为I0的光垂直入射到偏振片上，该入射光由强度相同的自然光和线偏振光混合而成．此入射光中线偏振光矢量沿什么方向才能使连续透过两个偏振片后的光束强度最大？在此情况下，透过第一个偏振片的和透过两个偏振片后的光束强度各是多大？2100111cos222III22221001cos45/4coscos452IIIIo22003/4cos453/8III解:设二偏振片以P1、P2表示，以表示入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P1的偏振化方向之间的夹角，则透过P1后的光强度I1为连续透过P1、P2后的光强I2要使I2最大，应取cos2＝1，即＝0，入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P1的偏振化方向平行．此情况下:I1＝3I0/46.如图所示，媒质Ⅰ为空气(n1＝1.00)，Ⅱ为玻璃(n2＝1.60)，两个交界面相互平行．一束自然光由媒质Ⅰ中以ｉ角入射．若使Ⅰ、Ⅱ交界面上的反射光为线偏振光，(1)入射角i是多大？(2)图中玻璃上表面处折射角是多大？(3)在图中玻璃板下表面处的反射光是否也是线偏振光？ⅠⅡIir解：若使Ⅰ、Ⅱ交界面上的反射光为线偏振光,则入射角i为布儒斯特角。(1)由布儒斯特定律tgi＝n2/n1＝1.60/1.00i＝58.0°(2)当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相垂直，即有oo0.3290ir(3)因二界面平行,所以下表面处入射角等于r,tgr＝ctgi＝n1/n2满足布儒斯特定律,所以图中玻璃板下表面处的反射光也是线偏光.