光的偏振性

11-10光的偏振性一、自然光偏振光二、偏振片起偏和检偏三、马吕斯定律2020/4/271光的波动性光的干涉、衍射光波是横波光的偏振机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝偏振性：包含传播方向与振动方向的平面,与不包含振动方向的平面有区别。2020/4/272光的偏振态：在垂直于光传播方向的平面内，光矢可能具有的振动状态。三种偏振态：自然光、线偏振光、部分偏振光2020/4/273一自然光偏振光1、自然光：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光。自然光以两互相垂直的互为独立的（无确定的相位关系）振幅相等的光振动表示,并各具有一半的振动能量。符号表示vEyxEEyxIII2020/4/274注意两互相垂直光矢量间无固定的相位关系。二互相垂直方向是任选的。没有优势方向自然光的分解一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直、等振幅、不相干(无固定相位差)的线偏振光。2020/4/275偏振光（线偏振光）光振动只沿某一固定方向的光。振动面vE线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyExyxsincosEEEEyx·面对光的传播方向看2020/4/276部分偏振光：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为部分偏振光。符号表示线偏振光的表示法：2020/4/277·····光振动垂直板面光振动平行板面起偏二偏振片起偏与检偏二向色性: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。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起偏器2020/4/278用偏振器件分析、检验光的偏振态I?P待检光思考：•I不变？是什么光•I变，有消光？是什么光•I变，无消光？是什么光检偏2020/4/2792020/4/2710NM三马吕斯定律（1880年）E0Ecos0EE2020EEII检偏器起偏器0IIE0ENM20cosII马吕斯定律：强度为的偏振光通过检偏振器后,出射光的强度为0I2020/4/27112020/4/2712法国物理学家及军事工程师。出生于巴黎，1796年毕业于巴黎工艺学院，曾在工程兵部队中任职。1808年起在巴黎工艺学院工作。1810年被选为巴黎科学院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。马吕斯从事光学方面的研究。1808年发现反射时光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究了光在晶体中的双折射现象，1811年，他与J.毕奥各自独立地发现折射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一系列偏振仪器。马吕斯1775-1812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3160cos30cos22201021IIII2020/4/2713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。i11-11光反射与折射时的偏振玻璃2n2020/4/2714布儒斯特定律（1812年）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。120tannni当时，1）反射光和折射光互相垂直021sinsininn02100sintacosniinin)2πcos(sincos0i20i讨论0i0i1n玻璃2n空气15120tannnitan)2πtan(cot0210inni2）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。2n1n2n玻璃0i0i1n玻璃2n0i1617布儒斯特•布儒斯特(DavidBrewster1781--1868)布儒斯特是苏格兰物理学家。1781年12月11日出生于苏格兰杰德伯勒，1800年毕业于爱丁堡大学，曾任“爱丁堡杂志”、“苏格兰杂志”、“爱丁堡百科全书”编辑，爱丁堡大学教授、校长等。1815年被选为皇家学会会员，1819年获冉福德奖章。布儒斯特主要从事光学方面的研究。1812年发现当入射角的正切等于媒质的相对折射率时，反射光线将为线偏振光（现称为布儒斯特定律）。他研究了光的吸收，发现人为各向异性介质中的双折射。0i0i1n1空气例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7.5%）所以反射偏振光很弱。一般应用玻璃片堆产生偏振光。2020/4/2718注意对于一般的光学玻璃，反射光的强度约占入射光强度的7.5%，大部分光将透过玻璃。利用玻璃片堆产生线偏振光0i2020/4/27190i0i0i0iiii讨论讨论下列光线的反射和折射（起偏角）0i2020/4/2720动光学双折射现象波动光学一双折射的寻常光和非寻常光nisinsin恒量i玻璃n折射定律方解石晶体11-12双折射2020/4/2721光通过双折射晶体2020/4/2722寻常光线（o光）(ordinaryrays)服从折射定律的光线非常光线（e光）(extra-ordinaryrays)不服从折射定律的光线（一般情况，非常光线不在入射面内）实验证明：O光和光均为偏振光。eACBoeDeo2020/4/2723产生双折射的原因O光波阵面光波阵面eeevcn光轴Ovev寻常光线在晶体中各方向上传播速度相同。ΟΟvcn常量非常光线晶体中各方向上传播速度不同，随方向改变而改变。为主折射率en2020/4/2724方解石晶体光轴在方解石这类晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折射现象。称这一方向为晶体的光轴。光轴102AB光轴787878102102光轴是指一个方向，而不是指一条直线。2020/4/2725光轴光光eo0710109光轴主截面：当光在一晶体表面入射时，此表面的法线与光轴所成的平面。当入射面是主截面时，O光的振动垂直主截面；光的振动平行于主截面。e07101092020/4/2726偏振作业1、2、3、5、10、12、13、14、17、202020/4/272716章[14-01]4I0[14-02]0.45Dmmx[14-11]C[14-12]B[14-13]1212(1)(1)nnenen[14-05]向下；不(中央明条纹对应的两束光的光程差为零。)[14-15]B(因为洛埃镜有半波损失)[14-08]C作业答案[14-16]4343nnn[14-20]C和D[14-21]11222nne21422(1)2,26003400(2)2,24802nekknmknmnekknm[14-26]A;C;A;B[14-27]Dsin,2l（且变小）,sin,2Llln间距L/cos)2Lln直径差/(条纹数目[14-29]D[14-31]25,/sin225,/sin2911()1.61222ddlddndldlllmmn(向着劈棱弯曲凹陷，背离劈棱弯曲凸起）ld（弯曲处的条纹级数比正常干涉情况下的条纹级次增大了，即劈尖变厚了，为凹陷，相邻条纹对应的劈尖厚度为半个波长。）[14-34]B（左半侧无半损，右侧有）[14-40][14-42]4/25.04610dNm[14-43](1)(12)2enenmin/(4)(2=)2nne无半损(迈氏干涉仪光线往返经过介质两次)[15-1]干涉[15-2]子波；子波干涉[15-3]4；第一；暗（半波带数是暗条纹级数的2倍）[15-4]2（位相差）；暗[15-6]D[15-7]C[15-9]4sin3510()82xaakfmmmmx类同[15-19]由已知，光栅常数2.sinsi5nkkdkdddkaa（1）单缝衍射中央明纹宽度（2）在该宽度内主极大数即单缝衍射中央明纹范围内有5个主极大。0,1,2[15-15]D1/200dcm112sin,,26.0faxftgxxcma[15-21]D（类似15-23解法）[15-23]mkdkkdkkkkkkd611221121122122111005.3sin222sin2323sin，即：[15-24]B((sinsin))dk[15-29]（类似课上例题）条。共、、出现的全部主极大为：52104)3(1083)(33sin)(,sin)2(104.2)(230sin)()1(max7min6bakmbaabakabakambaba[15-27]sin;2;3(k=1,2,3...)akkk[15-34]2sin0.04881dknmk入射方向与衍射方向的夹角等于掠射角2倍。25即为掠射角[16-1]B（因为偏振片不影响位相差）[16-2]B（初态是消光状态）[16-5]20013cos3028II[16-10]B[16-12]00603(/1,90)tgtginnir37;垂直[16-13][16-3]1/4(0,1,2...)kk[16-14]21nnarctg[16-20]不变，消失，不变（不考虑亮度变化）